KR20100016575A - Pre-impregnated composite materials with improved performance - Google Patents

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Abstract

Pre-impregnated composite material (prepreg) is provided that can be molded to form composite parts that have high levels of both strength and damage tolerance without causing any substantial negative impact upon the physical or chemical characteristics of the uncured prepreg or cured part. This is achieved by including in the matrix resin a substantial amount of a multifunctional aromatic epoxy resin that has at least one phenyl group that is meta-substituted.

Description

개선된 성능을 갖는 사전-함침된 복합 재료{PRE-IMPREGNATED COMPOSITE MATERIALS WITH IMPROVED PERFORMANCE}PRE-IMPREGNATED COMPOSITE MATERIALS WITH IMPROVED PERFORMANCE}

본 발명은 일반적으로 고성능 복합 부품을 제조하는데 사용되는 사전-함침된 복합 재료(프리프레그)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 높은 강도, 손상 허용성(damage tolerance)을 갖는 복합 부품을 형성하기 위해 경화/성형될 수 있는 프리프레그를 제공하는 것에 관한 것이다.The present invention generally relates to pre-impregnated composite materials (prepregs) used to make high performance composite parts. More specifically, the present invention relates to providing a prepreg that can be cured / molded to form composite parts with high strength, damage tolerance.

관련 기술의 상세한 설명Detailed description of the related technology

복합 재료는 전형적으로 두 개의 주요 성분으로서 연속 수지 매트릭스 및 보강 섬유로 구성된다. 복합 재료는 흔히 복합 부품의 물리적 제한 및 특징이 결정적으로 중요한 항공 우주 분야와 같은, 까다로운 환경에서 작업을 수행하기 위해 필요하다. 특히, 얼마나 경량의 특정 복합 재료 부품이 제조될 수 있는 지를 결정할 경우에, 복합체의 인장 강도 및 탄성률(modulus)이 중요한 인자이다. Composite materials typically consist of a continuous resin matrix and reinforcing fibers as two main components. Composite materials are often required to perform operations in demanding environments, such as in the aerospace sector, where the physical limitations and characteristics of composite components are critical. In particular, the tensile strength and modulus of the composite are important factors when determining how lightweight particular composite parts can be manufactured.

사전-함침된 복합 재료(프리프레그)는 복합 부품들의 제조에 광범위하게 사용된다. 프리프레그는 비경화된 수지 매트릭스 및 섬유 보강재의 조합물이며, 이는 최종 복합 부품으로 성형하고 경화시키기 쉬운 형태이다. 섬유 보강재를 수지로 사전-함침시킴으로써, 제조자는 섬유 네트워크로 함침되는 수지의 양과 위치를 주의하여 조절하고, 수지가 원하는 대로 네트워크에 분포되도록 할 수 있다. 복합 부품의 섬유 및 수지의 상대적인 양 및 섬유 네트워크 내 수지의 분포가 부품의 구조적 특성에 큰 영향을 미친다는 것은 잘 알려져 있다. 프리프레그는 로드-베어링(load-bearing) 구조 부품 및 구체적으로는 항공우주 복합 부품 예컨대, 날개, 동체, 칸막이 및 조종면을 제조하는 데 사용하기 위한 바람직한 재료이다. 이러한 부품들이 이를 위해 일반적으로 수립된 충분한 강도, 손상 허용성 및 다른 요건들을 갖는 것은 중요하다.Pre-impregnated composite materials (prepregs) are widely used in the manufacture of composite parts. Prepreg is a combination of an uncured resin matrix and a fiber reinforcement, which is a form that is easy to mold and cure into a final composite part. By pre-impregnating the fiber reinforcement with the resin, the manufacturer can carefully control the amount and location of the resin impregnated with the fiber network and allow the resin to be distributed in the network as desired. It is well known that the relative amounts of fibers and resins in composite parts and the distribution of resins in the fiber network have a great influence on the structural properties of the parts. Prepregs are a preferred material for use in the manufacture of load-bearing structural parts and specifically aerospace composite parts such as wings, fuselage, partitions and control surfaces. It is important that these parts have sufficient strength, damage tolerance and other requirements generally established for this.

항공우주 프리프레그에 일반적으로 사용되는 섬유 보강재는 서로 평행하게 연장되는 섬유들을 포함하는 다방향성 직물 또는 단방향성 테이프이다. 섬유는 전형적으로 "토우(tows)"로 지칭되는 수많은 개개 섬유 또는 필라멘트 다발 형태로 되어 있다. 또한, 섬유 또는 토우를 자르고 수지에서 무작위로 배향시켜 부직포 매트를 형성시킬 수 있다. 이러한 다양한 섬유 보강재 배열을, 주의하여 조절된 양의 비경화된 수지로 함침시킨다. 얻어진 프리프레그를 전형적으로 보호층들 사이에 위치시키고, 저장하거나 제조 시설로 수송하기 위해 둥글게 만다.Fiber reinforcements commonly used in aerospace prepregs are multidirectional fabrics or unidirectional tapes comprising fibers extending parallel to one another. Fibers are typically in the form of numerous individual fibers or filament bundles, referred to as "tows". In addition, fibers or tows can be cut and randomly oriented in the resin to form a nonwoven mat. These various fiber reinforcement arrangements are impregnated with carefully controlled amounts of uncured resin. The resulting prepreg is typically placed between the protective layers and rounded for storage or transportation to a manufacturing facility.

또한, 프로프레그는 절단된 단방향성 테이프의 부직포 매트를 형성하기 위해 무작위로 배향된 절단된 단방향성 테이프의 짧은 조각의 형태일 수 있다. 이러한 유형의 프리-프레그는 "절단된 준등방성(quasi-isotropic chopped)" 프리프레그로 지칭된다. 절단된 준등방성 프리프레그는 짧은 길이의 절단된 단방향성 테이프(조각)가 절단된 섬유보다 매트에서 더 무작위로 배향되는 것을 제외하고, 보다 전통적인 부직포 섬유 매트 프리프레그와 유사하다.The propreg may also be in the form of short pieces of randomly oriented cut unidirectional tape to form a nonwoven mat of cut unidirectional tape. This type of pre-preg is referred to as a "quasi-isotropic chopped" prepreg. Cut quasi-isotropic prepregs are similar to more traditional nonwoven fiber mat prepregs, except that short lengths of cut unidirectional tape (pieces) are oriented more randomly in the mat than cut fibers.

경화된 복합 재료의 인장 강도는 보강 섬유 및 매트릭스 수지의 개별적인 특성들뿐 아니라, 이러한 두 성분들 사이의 상호 작용에 의해 주로 설명된다. 또한, 섬유-수지 용적비는 중요한 인자이다. 인장력 하에 있는 경화된 복합재는 보강 토우에 위치한 개별 섬유 필라멘트들의 다중 인장 파괴로부터 발생하는 누적된 손실의 메커니즘을 통해 파단(fail)되는 경향이 있다. 파괴된 필라멘트 단부에 인접한 수지의 응력 수준이 매우 커지면, 전체 복합재는 파단될 수 있다. 그러므로, 파괴된 필라멘트 단부 부근의 섬유 강도, 매트릭스의 강도, 및 응력 소산(stress dissipation) 효율은 경화된 복합 재료의 인장 강도에 기여할 것이다. The tensile strength of the cured composite material is mainly explained by the interaction between these two components, as well as the individual properties of the reinforcing fiber and the matrix resin. In addition, the fiber-resin volume ratio is an important factor. Cured composites under tension tend to fail through the mechanism of cumulative losses resulting from multiple tensile failures of the individual fiber filaments located in the reinforcing tow. If the stress level of the resin adjacent to the broken filament end becomes very large, the entire composite may break. Therefore, the fiber strength near the broken filament end, the strength of the matrix, and the stress dissipation efficiency will contribute to the tensile strength of the cured composite material.

많은 용도에서, 경화된 복합 재료의 인장 강도 특성을 최대화하는 것이 바람직하다. 그러나, 인장 강도를 최대화하려는 시도는 흔히 다른 바람직한 특성 예컨대, 복합재 구조물의 압축 성능 및 손상 허용성에 부정적인 효과를 초래할 수 있다. 또한, 인장 강도를 최대화하려는 시도는 프리프레그의 점성(tack) 및 아웃-라이프(out-life)에 예기치 않은 효과를 가질 수 있다. 비경화된 프리프레그의 고착성(stickiness) 또는 점착성(tackiness)은 일반적으로 "점성(tack)"으로 지칭된다. 비경화된 프리프레그의 점성은 레이 업(lay up) 및 성형 작업 시 중요한 고려 사항이다. 점성이 거의 또는 전혀 없는 프리프레그는 구조적으로 강력한 복합 부품을 제조하기 위해 성형될 수 있는 라미네이트로 제조하기 어렵다. 반대로, 점성이 매우 많은 프리프레그는 취급하기 어렵고, 또한 몰드에 정위시키기에 곤란할 수 있다. 프리프레그는 손쉬운 취급과 우수한 라미네이트/성형 특징을 보장하도록 적당한 양의 점성을 갖는 것이 바람직하다. 제공된 경화된 복합 재료의 강도 및/또는 손상 허용성을 증가시키기 위한 임의의 시도에 있어서, 비경화된 프리프레그의 점성을 적합한 프리프레그 취급 및 성형을 보장하도록 허용 한계치 내로 유지시키는 것이 중요하다.In many applications, it is desirable to maximize the tensile strength properties of the cured composite material. However, attempts to maximize tensile strength often can have negative effects on other desirable properties such as the compressive performance and damage tolerance of the composite structure. In addition, attempts to maximize tensile strength can have unexpected effects on the tack and out-life of the prepreg. Stickiness or tackiness of the uncured prepreg is generally referred to as "tack". The viscosity of uncured prepregs is an important consideration in lay up and molding operations. Prepregs with little or no viscosity are difficult to manufacture with laminates that can be molded to produce structurally strong composite parts. Conversely, prepregs with very high viscosity can be difficult to handle and difficult to position in the mold. The prepreg preferably has an appropriate amount of viscosity to ensure easy handling and good laminate / molding characteristics. In any attempt to increase the strength and / or damage tolerance of a given cured composite material, it is important to keep the viscosity of the uncured prepreg within acceptable limits to ensure proper prepreg handling and molding.

프리프레그의 "아웃-라이프"는 프리프레그가 허용될 수 없을 정도로 경화되기 전에 주위 조건에 노출될 수 있는 기간이다. 프리프레그의 아웃-라이프는 다양한 요인에 따라 크게 다를 수 있지만, 사용되는 수지 제형(formulation)에 의해 주로 조절된다. 프리프레그 아웃-라이프는 일상적인 취급, 레이 업 및 성형 작업이 프리프레그가 허용될 수 없을 정도로 경화하지 않으면서 수행되도록 충분히 길어야 한다. 제공된 경화된 복합 재료의 강도 및/또는 손상 허용성을 증가시키기 위한 임의의 시도에 있어서, 비경화된 프리프레그의 아웃-라이프는 경화 전 프리프레그를 처리, 취급 및 레이 업시키기에 충분한 시간을 허용하도록 가능한 오래 지속되는 것이 중요하다.The "out-life" of a prepreg is a period of time during which the prepreg may be exposed to ambient conditions before it becomes unacceptably hardened. The out-life of the prepreg can vary greatly depending on various factors, but is mainly controlled by the resin formulation used. The prepreg out-life should be long enough that routine handling, layup and molding operations are performed without prepreg curing unacceptably. In any attempt to increase the strength and / or damage tolerance of a given cured composite material, the out-life of the uncured prepreg allows sufficient time to treat, handle and lay up the prepreg before curing. It is important to last as long as possible.

복합재의 인장 성능을 증가시키는 가장 일반적인 방법은 매트릭스와 섬유 사이의 결합의 강도를 약화시키기 위하여 섬유의 표면을 변화시키는 것이다. 이는 흑연화한 후에 섬유의 전기-산화 표면 처리의 양을 감소시킴으로써 달성될 수 있다. 매트릭스 섬유 결합 강도를 감소시키면, 계면 분리에 의해, 노출된 필라멘트 단부에서의 응력 소산에 대한 메커니즘을 일으킨다. 이러한 계면 분리는 복합 부품이 인장력을 잃기 전에 견딜 수 있는 인장 손실의 양을 증가시킨다.The most common way to increase the tensile performance of a composite is to change the surface of the fiber to weaken the strength of the bond between the matrix and the fiber. This can be accomplished by reducing the amount of electro-oxidized surface treatment of the fibers after graphitization. Reducing the matrix fiber bond strength results in a mechanism for stress dissipation at the exposed filament ends by interfacial separation. This interfacial separation increases the amount of tensile loss the composite part can withstand before losing its tensile force.

대안적으로, 섬유에 코팅제 또는 "사이즈제(size)"를 도포하면 수지-섬유 결합 강도를 저하시킬 수 있다. 이러한 방법은 유리 섬유 복합재에서 잘 알려져 있 지만, 또한 탄소 섬유로 보강된 복합재에 적용될 수 있다. 이러한 전략들을 이용함으로써, 인장 강도를 상당히 증가시키는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 개선은 충격 후 압축(compression after impact; CAI) 강도와 같은 특성의 감소를 수반하는데, 이는 수지 매트릭스와 섬유 사이의 높은 결합 강도를 필요로 한다.Alternatively, applying a coating or "size" to the fibers may lower the resin-fiber bond strength. This method is well known in glass fiber composites, but can also be applied to composites reinforced with carbon fiber. By using these strategies, it is possible to increase the tensile strength significantly. However, this improvement entails a reduction in properties such as compression after impact (CAI) strength, which requires a high bond strength between the resin matrix and the fibers.

또 다른 대안적인 방법은 보다 낮은 계수 매트릭스를 사용하는 것이다. 낮은 계수 수지를 갖는 것은 파괴된 필라멘트의 가까운 부근에 형성될 응력 수준을 감소시킨다. 이는 보통 본질적으로 보다 낮은 계수를 갖는 수지(예를 들어, 시아네이트 에스테르)를 선택하거나, 탄성중합체(카복시-말단된 부타디엔-아크릴로나이트릴[CTBN], 아민-말단된 부타디엔-아크릴로나이트릴[ATBN] 등)과 같은 성분을 포함함으로써 달성된다. 이러한 다양한 방법의 조합이 또한 알려져 있다.Another alternative is to use a lower coefficient matrix. Having a low modulus resin reduces the level of stress to be formed in the immediate vicinity of the broken filaments. It usually selects resins (eg cyanate esters) having essentially lower coefficients, or elastomers (carboxy-terminated butadiene-acrylonitrile [CTBN], amine-terminated butadiene-acrylonitrile [ATBN] and the like). Combinations of these various methods are also known.

보다 낮은 계수 수지를 선택하는 것은 복합재 인장 강도를 증가시키는데 효과적일 수 있다. 그러나, 이는 압축 특성, 예컨대 충격 후 압축(CAI) 강도 및 오픈 홀 압축(open hole compression; OHC) 강도의 감소에 의해 전형적으로 측정되는 손상 허용성에 대한 성향을 초래할 수 있다. 따라서, 인장 강도 및 손상 허용성 둘 모두를 동시에 증가시키시기는 매우 어렵다.Choosing a lower modulus resin can be effective to increase composite tensile strength. However, this may result in propensity for damage tolerance typically measured by reduction in compression properties such as post-impact (CAI) strength and open hole compression (OHC) strength. Therefore, it is very difficult to simultaneously increase both tensile strength and damage tolerance.

기존의 프리프레그는 강력하고 손상 허용성이 있는 복합 부품을 제공하는 데 의도적으로 사용하기에 매우 적합하지만, 더 높은 수준의 강도, 손상 허용성을 갖는 복합 부품을 제조하는데 사용될 수 있는 프리프레그를 제공하는 것이 여전히 지속적으로 필요하다. 그러나, 이러한 강도 및 손상 허용성의 증가는 프리프레그의 점성 및 아웃-라이프 뿐만 아니라 경화된 복합 구조의 그 밖의 물성에 악영향을 미 치지 않으면서 달성되는 것이 필요하다. Existing prepregs are well suited for intentional use to provide strong, damage-tolerant composite parts, but provide prepregs that can be used to manufacture composite parts with higher levels of strength and damage tolerance. It is still necessary. However, this increase in strength and damage tolerance needs to be achieved without adversely affecting the viscosity and out-life of the prepreg as well as other physical properties of the cured composite structure.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명에 따라, 높은 수준의 강도 및 손상 허용성 둘 모두를 갖는 복합 부품을 제조하기 위해 성형될 수 있는 사전-함침된 복합 재료(프리프레그)가 제공된다. 이는 비경화된 프리프레그 또는 경화된 복합 부품의 물리적 또는 화학적 특징에 임의의 실질적인 부정적인 영향을 일으키지 않으면서 달성된다. According to the present invention, there is provided a pre-impregnated composite material (prepreg) that can be molded to produce composite parts having both high levels of strength and damage tolerance. This is achieved without causing any substantial negative impact on the physical or chemical characteristics of the uncured prepreg or cured composite part.

본 발명의 사전-함침된 복합 재료는 보강 섬유 및 매트릭스로 구성된다. 상기 매트릭스는 다작용성 방향족 에폭시 수지와 조합하여 이작용성 에폭시 수지로 구성된 수지 성분을 포함하며, 다작용성 방향족 에폭시 수지는 메타-치환된 하나 이상의 페닐기를 지닌다. 상기 매트릭스는 열가소성 입자 성분, 열가소성 강인화제(toughening agent) 및 경화제를 추가로 포함한다. The pre-impregnated composite material of the present invention consists of reinforcing fibers and a matrix. The matrix comprises a resin component composed of a bifunctional epoxy resin in combination with a polyfunctional aromatic epoxy resin, wherein the multifunctional aromatic epoxy resin has at least one phenyl group which is meta-substituted. The matrix further comprises a thermoplastic particle component, a thermoplastic toughening agent and a curing agent.

본 발명은 또한 프리프레그를 제조하기 위한 방법 및 프리프레그를 다양한 복합 부품으로 성형하기 위한 방법을 포함한다. 본 발명은 또한 개선된 프리프레그를 사용하여 제조된 복합 부품을 포함한다. The invention also includes a method for producing prepreg and a method for molding the prepreg into various composite parts. The present invention also includes composite parts made using improved prepregs.

본 발명의 성분의 선택 및 조합은 통상적인 시스템들과 비교하여 개선된 인장 강도 및 충격후 압축(CAI) 강도 둘 모두를 갖는 복합 부품을 형성하기 위해 성형될 수 있는 프리프레그를 형성한다는 것이 발견되었다.It has been found that the selection and combination of components of the present invention form prepregs that can be molded to form composite parts having both improved tensile strength and post-impact compressive (CAI) strength compared to conventional systems. .

추가로, 개선된 인장 강도 및 CAI 강도의 이점이 프리프레그(예를 들어, 점성 및 아웃-라이프) 또는 얻어지는 경화된 복합 재료(예를 들어, 매트릭스-섬유 결합, 강도, 응력 소산, 압축 성능 등)의 다른 바람직한 물리적 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않으면서 수득될 수 있다는 것이 놀랍게도 발견되었다. In addition, the benefits of improved tensile and CAI strengths can be achieved by prepregs (eg, viscous and out-life) or obtained cured composites (eg, matrix-fiber bonds, strength, stress dissipation, compression performance, etc.). It has surprisingly been found that it can be obtained without substantially affecting other desirable physical properties of c).

상기 기술된 본 발명의 많은 다른 특징들 및 수반되는 이점들은 하기 상세한 설명을 참고로 보다 잘 이해될 것이다. Many other features and the accompanying advantages of the invention described above will be better understood with reference to the following detailed description.

본 발명의 사전-함침된 복합 재료(프리프레그)는 항공우주 산업 및 높은 구조적 강도 및 손상 허용성을 필요로 하는 임의의 다른 분야에서 복합 부품을 제조하는데 사용되는 기존의 프리프레그에 대한 대체물로 사용될 수 있다. 본 발명은 프리프레그를 제조하는 데 사용되는 기존의 수지 대신 본 발명의 수지 제형을 대체하는 것을 포함한다. 따라서, 본 발명의 수지 제형은 임의의 통상적인 프리프레그 제조 및 경화 공정에 사용하기에 적합하다. The pre-impregnated composite material (prepreg) of the present invention can be used as a replacement for existing prepregs used to manufacture composite parts in the aerospace industry and any other field requiring high structural strength and damage tolerance. Can be. The present invention includes replacing the resin formulation of the present invention instead of the existing resin used to make the prepreg. Thus, the resin formulations of the present invention are suitable for use in any conventional prepreg preparation and curing process.

본 발명의 사전-함침된 복합 재료는 보강 섬유 및 비경화된 매트릭스로 구성된다. 보강 섬유는 프리프레그 산업에서 사용되는 임의의 통상적인 섬유 배열일 수 있다. 그러나, 매트릭스는 통상적인 프리프레그 산업 실무에서 벗어나는 것이다. 매트릭스는 2 보다 큰 작용성을 갖는 적어도 하나의 다작용성 방향족 에폭시 수지와 조합하여 이작용성 에폭시 수지로 구성된 통상적인 수지 성분을 포함한다. 매트릭스는 열가소성 입자 성분, 열가소성 강인화제 및 경화제를 추가로 포함한다. The pre-impregnated composite material of the present invention consists of reinforcing fibers and an uncured matrix. The reinforcing fibers can be any conventional fiber arrangement used in the prepreg industry. However, the matrix is a departure from conventional prepreg industry practice. The matrix comprises a conventional resin component composed of a bifunctional epoxy resin in combination with at least one multifunctional aromatic epoxy resin having greater than two functionalities. The matrix further comprises a thermoplastic particle component, a thermoplastic toughening agent and a curing agent.

항공우주 프리프레그 매트릭스에 통상적으로 사용되는 파라-치환된 글리시딜아민 수지 대신에, 그의 골격에 하나 이상의 메타-치환된 페닐 고리를 갖는 2 보다 큰 작용성을 지닌 에폭시 수지의 사용이 복합 재료의 강인성을 크게 할뿐만 아니라 기재 수지 탄성률을 증가시킬 수 있는 것으로 발견되었다. 이는 충격 후 압축(CAI) 성능의 단계적 변화를 야기시킨다. 놀랍게도, 본 발명의 매트릭스 수지는 또한 복합 재료에 매우 높은 인장 강도(예를 들어, 오픈 홀 인장 강도(open hole tensile strength) - OHT)를 제공한다. Instead of the para-substituted glycidylamine resins commonly used in aerospace prepreg matrices, the use of epoxy resins having greater than 2 functionality with one or more meta-substituted phenyl rings in their backbones has led to the use of composite materials. It has been found that not only can increase the toughness but also increase the base resin elastic modulus. This causes a gradual change in post-impact compression (CAI) performance. Surprisingly, the matrix resins of the present invention also provide very high tensile strength (eg, open hole tensile strength-OHT) to the composite material.

매트릭스의 수지 성분을 제조하는데 사용된 이작용성 에폭시 수지는 임의의 적합한 이작용성 에폭시 수지일 수 있다. 이는 두 개의 에폭시 작용기를 갖는 임의의 적합한 에폭시 수지를 포함하는 것으로 이해될 것이다. 이작용성 에폭시 수지는 포화되거나, 불포화되거나, 환형지방족, 지환족 또는 헤테로시클릭일 수 있다. The bifunctional epoxy resin used to prepare the resin component of the matrix can be any suitable bifunctional epoxy resin. It will be understood to include any suitable epoxy resin with two epoxy functional groups. The bifunctional epoxy resin can be saturated, unsaturated, cycloaliphatic, cycloaliphatic or heterocyclic.

이작용성 에폭시 수지는 예로서 하기 물질을 기초로 한 것들을 포함한다: 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르, 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르(임의적으로 브롬화됨), 페놀-알데히드 부가물의 글리시딜 에테르, 지방족 디올의 글리시딜 에테르, 디글리시딜 에테르, 디에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 에피코트(Epikote), 에폰(Epon), 방향족 에폭시 수지, 에폭시화된 올레핀, 브롬화된 수지, 방향족 글리시딜 아민, 헤테로시클릭 글리시딜 이미딘 및 아미드, 글리시딜 에테르, 플루오르화된 에폭시 수지, 또는 이들의 임의의 조합. 이작용성 에폭시 수지는 바람직하게는, 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르, 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르, 디글리시딜 디히드록시 나프탈렌, 또는 이들의 조합으로부터 선택된다. 가장 바람직한 것은 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르이다. 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르는 상표명 아랄다이트(Araldite) GY281 및 GY285로 헌츠만 어드밴스드 머티리얼(Huntsman Advanced Materials; Brewster, NY)로부터 상업적으로 입수가능하다. 이작용성 에폭시 수지는 단독으로 또는 다른 이작용성 에폭시와의 임의의 적합한 조합으로 사용될 수 있다.Bifunctional epoxy resins include, for example, those based on the following materials: diglycidyl ether of bisphenol F, diglycidyl ether of bisphenol A (optionally brominated), glycidyl ether of phenol-aldehyde adduct , Glycidyl ethers of aliphatic diols, diglycidyl ethers, diethylene glycol diglycidyl ethers, Epikote, Epon, aromatic epoxy resins, epoxidized olefins, brominated resins, aromatic glyces Cydyl amine, heterocyclic glycidyl imine and amide, glycidyl ether, fluorinated epoxy resin, or any combination thereof. The bifunctional epoxy resin is preferably selected from diglycidyl ether of bisphenol F, diglycidyl ether of bisphenol A, diglycidyl dihydroxy naphthalene, or a combination thereof. Most preferred is the diglycidyl ether of bisphenol F. The diglycidyl ether of bisphenol F is commercially available from Huntsman Advanced Materials (Brewster, NY) under the trade names Araldite GY281 and GY285. The bifunctional epoxy resin can be used alone or in any suitable combination with other difunctional epoxy.

이작용성 에폭시 수지는 매트릭스 수지의 10중량% 내지 40중량% 범위로 존재한다. 바람직하게는, 이작용성 에폭시 수지는 15중량% 내지 35중량% 범위로 존재한다. 보다 바람직하게는, 이작용성 에폭시 수지는 22중량% 내지 28중량% 범위로 존재한다.The bifunctional epoxy resin is present in the range of 10% to 40% by weight of the matrix resin. Preferably, the bifunctional epoxy resin is present in the range of 15% to 35% by weight. More preferably, the bifunctional epoxy resin is present in the range of 22% to 28% by weight.

매트릭스의 제 2 성분은 그 주쇄에 하나 이상의 메타-치환된 페닐 고리를 갖는 2 보다 큰 작용성을 갖는 에폭시 수지이다. 이는 2 보다 큰 에폭시기 작용성을 갖는 에폭시 수지를 포함하는 것으로 이해될 것이다. 바람직한 다작용성 에폭시 수지는 삼작용성 또는 사작용성인 에폭시 수지이다. 가장 바람직하게는, 다작용성 에폭시 수지는 삼작용성 에폭시 수지이다. The second component of the matrix is an epoxy resin having greater than 2 functionality with one or more meta-substituted phenyl rings in its backbone. It will be understood that this includes epoxy resins having epoxy group functionality greater than two. Preferred multifunctional epoxy resins are epoxy resins that are trifunctional or tetrafunctional. Most preferably, the multifunctional epoxy resin is a trifunctional epoxy resin.

삼작용성 에폭시 수지는 화합물의 골격의 페닐 고리 상에 메타 배향으로 직접 또는 간접적으로 치환된 3개의 에폭시 기를 갖는 것으로서 이해될 것이다. 사작용성 에폭시 수지는 화합물의 골격의 페닐 고리상에 메타 배향으로 직접 또는 간접적으로 치환된 4개의 에폭시 기를 갖는 것으로서 이해될 것이다. Trifunctional epoxy resins will be understood as having three epoxy groups substituted directly or indirectly in a meta orientation on the phenyl ring of the backbone of the compound. Tetrafunctional epoxy resins will be understood as having four epoxy groups substituted either directly or indirectly in meta orientation on the phenyl ring of the backbone of the compound.

페닐 고리는 다른 적합한 비-에폭시 치환기로 추가적으로 치환될 수 있다는 것이 또한 예상된다. 적합한 치환기는 예로서 수소, 히드록실, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알콕실, 아릴, 아릴옥실, 아르알킬옥실, 아르알킬, 할로, 니트로, 또는 시아노 라디칼을 포함한다. 적합한 비-에폭시 치환기는 파라 또는 오르토 위치에서 페닐 고리에 결합되거나, 에폭시 기에 의해 점유되지 않은 메타 위치에서 결합될 수 있다. 적합한 사작용성 에폭시 수지는 N,N,N'N'-테트라글리시딜-m-크실렌디아민(상표명 테트라드-X(Tetrad-X)로 미쓰비시 가스 케미칼 컴퍼니(Mitsubishi Gas Chemical Company; Chiyoda-Ku, Tokyo, Japan)로부터 상업적으로 입수가능), 및 에리시스(Erisys) GA-240(CVC 케미칼(CVC Chemicals; Morrestown, New Jersey))을 포함한다. 적합한 삼작용성 에폭시 수지는 예로서 하기 물질을 기초로 한 것들을 포함한다: 비스페놀 F, 비스페놀 A(임의로 브롬화됨), 페놀 및 크레졸 에폭시 노볼락; 페놀-알데히드 부가물의 글리시딜 에테르; 방향족 에폭시 수지; 이지방족 트리글리시딜 에테르; 지방족 폴리글리시딜 에테르; 에폭시화된 올레핀; 브롬화된 수지, 방향족 글리시딜 아민 및 글리시딜 에테르; 헤테로시클릭 글리시딜 이미딘 및 아미드; 글리시딜 에테르; 플루오르화된 에폭시 수지 또는 이들의 임의의 조합. It is also contemplated that the phenyl ring may be further substituted with other suitable non-epoxy substituents. Suitable substituents include by way of example hydrogen, hydroxyl, alkyl, alkenyl, alkynyl, alkoxyl, aryl, aryloxyl, aralkyloxyl, aralkyl, halo, nitro, or cyano radicals. Suitable non-epoxy substituents may be bonded to the phenyl ring in the para or ortho position, or in the meta position not occupied by the epoxy group. Suitable tetrafunctional epoxy resins are N, N, N'N'-tetraglycidyl-m-xylenediamine (trade name Tetrad-X), Mitsubishi Gas Chemical Company; Chiyoda-Ku, Commercially available from Tokyo, Japan), and Erisys GA-240 (CVC Chemicals; Morrestown, New Jersey). Suitable trifunctional epoxy resins include, for example, those based on the following materials: bisphenol F, bisphenol A (optionally brominated), phenol and cresol epoxy novolacs; Glycidyl ethers of phenol-aldehyde adducts; Aromatic epoxy resins; Dialiphatic triglycidyl ethers; Aliphatic polyglycidyl ethers; Epoxidized olefins; Brominated resins, aromatic glycidyl amines and glycidyl ethers; Heterocyclic glycidyl imines and amides; Glycidyl ethers; Fluorinated epoxy resins or any combination thereof.

바람직한 삼작용성 에폭시 수지는 트리글리시딜 메타-아미노페놀이다. 트리글리시딜 메타-아미노페놀은 상표명 아랄다이트 MY0600으로 헌츠만 어드밴스드 머티리얼(Monthey, Swizerland) 및 상표명 ELM-120으로 수미토모 케미칼 코(Sumitomo Chemical Co.; Osaka, Japan)로부터 상업적으로 입수가능하다.Preferred trifunctional epoxy resins are triglycidyl meta-aminophenols. Triglycidyl meta-aminophenol is commercially available from Huntsman Advanced Materials (Monthey, Swizerland) under the tradename Araldite MY0600 and Sumitomo Chemical Co. (Osaka, Japan) under the tradename ELM-120.

그의 골격에 하나 이상의 메타-치환된 페닐 고리를 갖는 2 보다 큰 작용성을 갖는 에폭시 수지는 수지 매트릭스의 15중량% 내지 45중량% 범위로 존재한다. 바람직하게는, 메타-치환된 에폭시 수지는 20중량% 내지 40중량% 범위로 존재한다. 다작용성 메타-치환된 에폭시가 25중량 내지 30중량% 범위로 존재하는 메트릭스 수지가 가장 바람직하다. Epoxy resins having greater than 2 functionality with at least one meta-substituted phenyl ring in their backbone are present in the range of 15% to 45% by weight of the resin matrix. Preferably, the meta-substituted epoxy resin is present in the range of 20% to 40% by weight. Most preferred are matrix resins in which the multifunctional meta-substituted epoxy is present in the range from 25% to 30% by weight.

매트릭스 수지는 요구되는 메타-치환된 다작용성 에폭시 수지 이외에 하나 이상의 다작용성 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 이러한 추가의 다작용성 에폭시 수지는 3 이상의 에폭시 작용성을 가지며, 그의 골격에 에폭시기로 메타-치환된 페닐 고리를 갖지 않는 것들이다. 추가의 선택적 다작용성 에폭시 수지는 포화, 불포화, 환형지방족, 지환족 또는 헤테로시클릭일 수 있다. The matrix resin may comprise one or more multifunctional epoxy resins in addition to the required meta-substituted multifunctional epoxy resins. These additional multifunctional epoxy resins are those having at least three epoxy functionalities and having no phenyl ring meta-substituted with an epoxy group in their backbone. Further optional multifunctional epoxy resins may be saturated, unsaturated, cycloaliphatic, cycloaliphatic or heterocyclic.

적합한 추가의 다작용성 에폭시 수지는 예로서 하기 물질을 기초로 한 것들을 포함한다: 페놀-알데히드 부가물의 글리시딜 에테르; 방향족 에폭시 수지; 이지방족 트리글리시딜 에테르, 지방족 폴리글리시딜 에테르; 에폭시화된 올레핀; 브롬화된 수지; 방향족 글리시딜 아민; 헤테로시클릭 글리시딜 이미딘 및 아미드; 글리시딜 에테르; 플루오르화된 에폭시 수지 또는 이들의 임의의 조합.Suitable further multifunctional epoxy resins include, for example, those based on the following materials: glycidyl ethers of phenol-aldehyde adducts; Aromatic epoxy resins; Dialiphatic triglycidyl ethers, aliphatic polyglycidyl ethers; Epoxidized olefins; Brominated resins; Aromatic glycidyl amines; Heterocyclic glycidyl imines and amides; Glycidyl ethers; Fluorinated epoxy resins or any combination thereof.

적합한 다작용성 에폭시 수지의 추가의 예는, 예로서, N,N,N',N'-테트라글리시딜-4,4'-디아미노디페닐 메탄(TGDDM, 아랄다이트 MY720 및 MY721로 헌츠만 어드밴스드 머티리얼(Monthey, Switzerland)로부터, 또는 ELM 434로 수미토모로부터 상업적으로 입수가능), 파라 아미노페놀의 트리글리시딜 에테르(아랄다이트 MY 0500 또는 MY0510으로 헌츠만 어드밴스드 머티리얼로부터 상업적으로 입수가능),탁틱스(Tactix) 556(헌츠만 어드밴스드 머티리얼로부터 상업적으로 입수가능)과 같은 디시클로펜타디엔 기재 에폭시 수지, 트리스-(히드록시 페닐), 및 탁틱스 742(헌츠만 어드밴스드 머티리얼로부터 상업적으로 입수가능)와 같은 메탄-기재 에폭시 수지를 포함한다. 다른 적합한 다작용성 에폭시 수지는 DEN 438(도우 케미칼(Dow Chemicals; Midland, MI)), DEN 439(도우 케미칼), 아랄다이트 ECN 1273(헌츠만 어드밴스드 머티리얼), 및 아랄다이트 ECN 1299(헌츠만 어드밴스드 머티리얼)를 포함한다. Further examples of suitable multifunctional epoxy resins are, for example, Hunts with N, N, N ', N'-tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenyl methane (TGDDM, Araldite MY720 and MY721). Commercially available from Mann Advanced Materials (Monthey, Switzerland) or from Sumitomo with ELM 434, triglycidyl ethers of para aminophenols (commercially available from Huntsman Advanced Materials as Araldite MY 0500 or MY0510) Dicyclopentadiene based epoxy resins, such as Tactix 556 (commercially available from Huntsman Advanced Materials), Tris- (hydroxy phenyl), and Tactix 742 (commercially available from Huntsman Advanced Materials) Methane-based epoxy resins). Other suitable multifunctional epoxy resins include DEN 438 (Dow Chemicals; Midland, MI), DEN 439 (Dow Chemical), Araldite ECN 1273 (Huntsman Advanced Materials), and Araldite ECN 1299 (Huntsman). Advanced Materials).

상기 추가의 다작용성 에폭시 수지는 단독으로 또는 임의로 적합하게 조합하여 사용될 수 있다. 존재하는 경우, 추가의 다작용성 에폭시 수지(들)는 매트릭스 수지의 0.1중량% 내지 20중량%의 범위이어야 한다. 바람직하게는, 다작용성 에폭시 수지(들)는 1중량% 내지 15중량% 범위내로 존재한다. 보다 바람직하게는, 다작용성 에폭시 수지(들)는 5중량% 내지 10중량% 범위내로 존재한다. Said additional multifunctional epoxy resins may be used alone or in any suitable combination. If present, the additional multifunctional epoxy resin (s) should range from 0.1% to 20% by weight of the matrix resin. Preferably, the multifunctional epoxy resin (s) is present in the range of 1% to 15% by weight. More preferably, the multifunctional epoxy resin (s) is present in the range of 5% to 10% by weight.

본 발명에 따른 프리프레그 매트릭스는 또한 불용성 열가소성 입자 성분을 포함한다. 본원에서 사용되는 용어 '블용성 열가소성 입자'는 열가소성이고, 분말 형태, 분무된 형태, 또는 입자 형태이며, 경화 전에 프리프레그 수지 매트릭스 중에 실질적으로 미립 형태로 존재하는 임의의 적합한 물질을 의미한다. 불용성 열가소성 입자는 매트릭스 온도가 경화 동안에 증가되는 경우에 약간의 용융이 진행될 수 있다. 그러나, 상기 입자는 실질적으로 재형성되어 최종 경화된 매트릭스에서 미립 형태로 존재한다. The prepreg matrix according to the invention also comprises an insoluble thermoplastic particle component. As used herein, the term 'solvable thermoplastic particles' means any suitable material that is thermoplastic, in powder form, sprayed form, or in particle form, and which is present in substantially fine form in the prepreg resin matrix prior to curing. Insoluble thermoplastic particles may undergo some melting if the matrix temperature is increased during curing. However, the particles are substantially reformed and present in particulate form in the final cured matrix.

불용성 열가소성 입자는 동종중합체, 공중합체, 블록 공중합체, 그래프트 공중합체, 또는 삼중합체의 형태일 수 있는 중합체이다. 불용성 열가소성 입자는 탄소-탄소 결합, 탄소-산소 결합, 탄소-질소 결합, 규소-산소 결합, 및 탄소-황 결합으로부터 선택된 단일 결합 또는 다중 결합을 갖는 열가소성 수지일 수 있다. 주요 중합체 골격 또는 주요 중합체 골격에 펜던트된 측쇄에 하기 부분을 도입시키는 하나 이상의 반복 유닛이 중합체에 존재할 수 있다: 아미드 부분, 이미드 부분, 에스테르 부분, 에테르 부분, 카보네이트 부분, 우레탄 부분, 티오에테르 부분, 설폰 부분 및 카보닐 부분. 열가소성 입자는 또한 부분적으로 가교된 구조를 가질 수 있다. 입자는 결정성 또는 비결정성이거나 부분적으로 결정성일 수 있다. Insoluble thermoplastic particles are polymers that may be in the form of homopolymers, copolymers, block copolymers, graft copolymers, or terpolymers. The insoluble thermoplastic particles may be thermoplastic resins having a single bond or multiple bonds selected from carbon-carbon bonds, carbon-oxygen bonds, carbon-nitrogen bonds, silicon-oxygen bonds, and carbon-sulfur bonds. One or more repeating units may be present in the polymer which introduce the following moieties into the main polymer backbone or side chains pendant to the main polymer backbone: amide moieties, imide moieties, ester moieties, ether moieties, carbonate moieties, urethane moieties, thioether moieties , Sulfone portion and carbonyl portion. The thermoplastic particles may also have a partially crosslinked structure. The particles can be crystalline or amorphous or partially crystalline.

불용성 열가소성 입자의 적합한 예는 예로서 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리아릴레이트, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아미도이미드, 폴리에테르 이미드, 폴리설폰, 폴리우레탄, 폴리에테르 설폰, 및 폴리에테르 케톤을 포함한다. Suitable examples of insoluble thermoplastic particles include, for example, polyamides, polycarbonates, polyacetals, polyphenylene oxides, polyphenylene sulfides, polyarylates, polyethers, polyesters, polyimides, polyamidoimides, polyether imides, Polysulfones, polyurethanes, polyether sulfones, and polyether ketones.

불용성 열가소성 입자는 폴리아미드 6(카프로락탐 - PA6), 폴리아미드 12(라우로락탐 - PA12), 폴리아미드 11, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 제조될 수 있다. 바람직한 불용성 열가소성 입자는 약 150℃ 내지 250℃의 용융점을 갖는 폴리아미드 입자이다. 입자는 100 마이크론 미만의 입자 크기를 가져야 한다. 평균 입자 크기는 대략 20 마이크론이 바람직하다. 적합한 폴리아미드 입자는 상표명 오가졸(Orgasol)로 프랑스의 아케마(Arkema)로부터 상업적으로 입수가능하다. Insoluble thermoplastic particles can be prepared from polyamide 6 (caprolactam-PA6), polyamide 12 (laurolactam-PA12), polyamide 11, or any combination thereof. Preferred insoluble thermoplastic particles are polyamide particles having a melting point of about 150 ° C to 250 ° C. The particles should have a particle size of less than 100 microns. The average particle size is preferably about 20 microns. Suitable polyamide particles are commercially available from Arkema, France under the trade name Organasol.

불용성 열가소성 입자 성분은 매트릭스의 35중량% 내지 1중량% 범위로 존재한다. 바람직하게는, 불용성 열가소성 입자는 20 내지 5중량% 범위로 존재한다. 보다 바람직하게는 불용성 열가소성 입자는 20중량% 내지 10중량% 범위로 존재한다. 매우 바람직하게는, 불용성 열가소성 입자는 매트릭스의 10중량% 내지 15중량%의 범위로 존재한다. Insoluble thermoplastic particle components are present in the range of 35% to 1% by weight of the matrix. Preferably, insoluble thermoplastic particles are present in the range of 20 to 5% by weight. More preferably, insoluble thermoplastic particles are present in the range of 20% to 10% by weight. Very preferably, insoluble thermoplastic particles are present in the range of 10% to 15% by weight of the matrix.

손상 허용성(CAI) 및 오픈 홀 인장 강도에서의 추가적 개선을 달성하기 위해, 바람직하게는 폴리아미드 입자인 불용성 열가소성 입자의 일부 또는 전부가 프리프레그 경화 온도(일반적으로 180℃) 미만인 용융점을 갖고, 이러한 낮은 용융 입자가 단독으로 또는 보다 고용융의 폴리아미드 입자와 조합하여 사용되는 것이 바람직하다. In order to achieve further improvement in damage tolerance (CAI) and open hole tensile strength, some or all of the insoluble thermoplastic particles, preferably polyamide particles, have a melting point below the prepreg curing temperature (typically 180 ° C.), Such low melt particles are preferably used alone or in combination with more molten polyamide particles.

폴리아미드 입자는 특정 폴리아미드, 공중합도 및 결정화도에 따라 상이한 용융 온도를 가지는 다양한 등급으로 이루어진다. 폴리아미드 6(PA6)을 주로 함유하는 입자는 전형적으로 190℃보다 높은 용융점을 갖고, 이는 전형적인 에폭시 프리프레그 경화온도보다 훨씬 높다. 따라서, PA6 입자의 임의의 용해는 경화 동안 거의 일어나지 않는다. 용융점이 217℃(DSC)이고, 입도가 20 마이크론인 오가졸 1002 D NATl(100% PA6 입자)은 고용융 폴리아미드 입자의 예이다. 한편, 폴리아미드 12(PA12) 입자 및 PA6 및 PA12의 공중합체는 에폭시 프리프레그에 대한 전형적인 경화 온도보다 낮은 용융 온도를 갖는다. 이러한 유형의 저용융 입자는 경화 온도에서 실질적으로 용융되고, 경화된 복합재가 냉각됨에 따라 입자로 재형성된다. Polyamide particles consist of various grades with different melting temperatures depending on the particular polyamide, degree of copolymerization and degree of crystallinity. Particles mainly containing polyamide 6 (PA6) typically have a melting point higher than 190 ° C., which is much higher than the typical epoxy prepreg curing temperature. Thus, any dissolution of the PA6 particles rarely occurs during curing. Ogazole 1002 D NATl (100% PA6 particles) with a melting point of 217 ° C. (DSC) and a particle size of 20 microns is an example of a high melt polyamide particle. On the other hand, polyamide 12 (PA12) particles and copolymers of PA6 and PA12 have a melting temperature lower than the typical curing temperature for epoxy prepregs. Low melt particles of this type are substantially melted at the curing temperature and reformed into particles as the cured composite cools.

바람직한 폴리아미드 입자는 PA6 입자, 및 PA6과 PA12의 공중합체인 입자이다. 예를 들어, 오가졸 3502 D NAT 1은 142℃의 용융점과 약 20 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 50% PA12 및 50% PA6의 공중합체이다. 추가의 예로서, 개발 등급 오가졸 CG199는 용융점이 160℃인 80% PA12와 20% PA6의 공중합체이며, 평균 입도는 약 20마이크론이다. 또 다른 예로서, 3801 DNAT1은 용융점이 160℃이고, 입도가 20마이크론이고, 분자량이 CG199보다 높은 PA12 와 PA6의 공중합체이다. 오가졸 3801 DANT1의 분자량은 오가졸 1002 DANT1과 유사하다. 오가졸 CG213은 80% PA12 및 20% PA6을 함유하는 또 다른 바람직한 공중합체 입자이며, 용융점이 160℃이고, 입도가 약 20마이크론이고, 분자량이 오가졸 CG199보다 높다. 오가졸 CG199 또는 CG213의 사용은 그 자체로는 OHT가 증가함에도 불구하고 CAI가 감소되기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 오가졸 CG199 또는 CG213은 고용융 폴리아미드 입자와 조합되는 것이 바람직하다. Preferred polyamide particles are PA6 particles and particles which are a copolymer of PA6 and PA12. For example, Ogasol 3502 D NAT 1 is a copolymer of 50% PA12 and 50% PA6 having a melting point of 142 ° C. and an average particle size of about 20 microns. As a further example, development grade organazole CG199 is a copolymer of 80% PA12 and 20% PA6 with a melting point of 160 ° C., with an average particle size of about 20 microns. As another example, 3801 DNAT1 is a copolymer of PA12 and PA6 having a melting point of 160 ° C., a particle size of 20 microns and a molecular weight higher than CG199. The molecular weight of organosol 3801 DANT1 is similar to organosol 1002 DANT1. Organazole CG213 is another preferred copolymer particle containing 80% PA12 and 20% PA6, has a melting point of 160 ° C., a particle size of about 20 microns, and a molecular weight higher than that of organazole CG199. The use of organo CG199 or CG213 on its own is undesirable because CAI decreases despite increasing OHT. Thus, the organosol CG199 or CG213 is preferably combined with high melt polyamide particles.

상기 폴리아미드 단일중합체 및 공중합체 입자는 매트릭스에 단독으로 또는 조합하여 포함될 수 있다. 그러나, 고용융 폴리아미드 성분(즉, 프리프레그에 대한 경화 온도보다 높은 용융 온도) 및 저용융 폴리아미드 성분(즉, 프리프레그에 대한 경화 온도보다 낮은 용융 온도)를 포함하는 폴리아미드 입자의 혼합물이 사용되는 것이 바람직하다. 그러나, 고용융 입자와 저용융 입자의 상대적 양은 경우에 따라 달라질 수 있다. 저용융 폴리아미드 입자(PA6과 PA12의 공중합체)의 일부 또는 전부를 사용함으로써 기본 수지의 탄성율에 영향을 미치지 않고, 또한 습한 조건 하에서 복합물의 전반적인 내수성을 습도의 영향에 대해 손상시키지 않으면서 낮은 탄성율의 인터리브(interleave)를 달성하는 것이 가능한 것으로 밝혀졌다. The polyamide homopolymer and copolymer particles may be included alone or in combination in the matrix. However, a mixture of polyamide particles comprising a high melt polyamide component (ie, a melting temperature higher than the curing temperature for the prepreg) and a low melt polyamide component (ie, a melting temperature lower than the curing temperature for the prepreg) It is preferred to be used. However, the relative amounts of the high melt and low melt particles may vary from case to case. Use of some or all of the low melt polyamide particles (copolymers of PA6 and PA12) results in low modulus without affecting the elastic modulus of the base resin and without compromising the overall water resistance of the composite under humid conditions to the effects of humidity. It has been found possible to achieve an interleave of.

프리프레그 매트릭스 수지는 적어도 하나의 경화제를 포함한다. 적합한 경화제는 본 발명의 에폭시-작용성 화합물의 경화를 촉진시키는, 특히 이러한 에폭시 화합물의 개환 중합(ring opening polymerization)을 촉진시키는 것들이다. 특히 바람직한 구체예에서, 이러한 경화제는 이의 개환 중합에서 에폭시-작용성 화합물 또는 화합물들과 중합하는 화합물을 포함한다. 두 개 이상의 이러한 경화제는 조합되어 사용될 수 있다. The prepreg matrix resin includes at least one curing agent. Suitable curing agents are those which promote the curing of the epoxy-functional compounds of the invention, in particular those which promote ring opening polymerization of such epoxy compounds. In a particularly preferred embodiment, such curing agents include compounds which polymerize with an epoxy-functional compound or compounds in its ring-opening polymerization. Two or more such curing agents may be used in combination.

적합한 경화제는 무수물, 특히 폴리카르복실산 무수물, 예컨대 나드산 무수물(NA), 메틸나드산 무수물(MNA-알드리치(Aldrich)로부터 입수가능), 프탈산 무수물, 테트라히드로프탈산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물(HHPA- 앤하이드리드 앤드 케미칼스 인크(Anhydrides and Chemicals Inc.; Newark, N.J.)로부터 입수가능), 메틸테트라히드로프탈산 무수물(MTHPA-앤하이드리드 앤드 케미칼스 인크로부터 입수가능), 메틸헥사히드로프탈산 무수물(MHHPA- 앤하이드리드 앤드 케미칼스 인크로부터 입수가능), 엔도메틸렌테트라히드로프탈산 무수물, 헥사클로로엔도메틸렌-테트라히드로프탈산 무수물(클로렌트산 무수물-벨시콜 케미칼 코포레이션(Velsicol Chemical Corporation; Rosemont, I11.)로부터 입수가능), 트리멜리트산 무수물, 피로멜리트산 이무수물, 말레산 무수물(MA-알드리치로부터 입수가능), 숙신산 무수물(SA), 노네닐숙신산 무수물, 도데세닐숙신산 무수물(DDSA-앤히드라이드 앤드 케미칼스 인크로부터 입수가능), 폴리세바크산 폴리무수물, 및 폴리아젤라산 폴리무수물을 포함한다. Suitable hardeners are anhydrides, in particular polycarboxylic anhydrides such as nadacid anhydride (NA), methylnadic anhydride (available from MNA-Aldrich), phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride (HHPA Anhydrides and Chemicals Inc. (Newark, NJ), methyltetrahydrophthalic anhydride (available from MTHPA-Anhydride and Chemicals Inc), methylhexahydrophthalic anhydride ( Available from MHHPA- Anhydride and Chemicals Inc.), endomethylenetetrahydrophthalic anhydride, hexachloroendomethylene-tetrahydrophthalic anhydride (Velsicol Chemical Corporation; Rosemont, I11.) Available from), trimellitic anhydride, pyromellitic dianhydride, maleic anhydride (MA-Aldrichrobu Available), succinic anhydride (SA), nonenylsuccinic anhydride, dodecenyl succinic anhydride (available from DDSA-Anhydride and Chemicals Inc), polycebacic acid anhydride, and polyazelaic polyanhydride .

추가의 적합한 경화제는 방향족 아민을 포함하는 아민 예를 들어, 1,3-디아미노벤젠, 1,4-디아미노벤젠, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 및 폴리아미노설폰 예컨대, 4,4'-디아미노디페닐 설폰(4,4'-DDS-헌츠만으로부터 입수가능), 4-아미노페닐 설폰, 및 3,3'-디아미노디페닐 설폰(3,3'-DDS)이다. Further suitable curing agents include amines including aromatic amines such as 1,3-diaminobenzene, 1,4-diaminobenzene, 4,4'-diaminodiphenylmethane, and polyaminosulfones such as 4, 4'-diaminodiphenyl sulfone (available from 4,4'-DDS-Huntsman), 4-aminophenyl sulfone, and 3,3'-diaminodiphenyl sulfone (3,3'-DDS).

또한, 적합한 경화제는 폴리올 예컨대, 에틸렌 글리콜(EG-알드리치로부터 입수가능), 폴리(프로필렌 글리콜), 및 폴리(비닐 알코올); 및 페놀-포름알데히드 수지 예컨대, 평균 분자량 약 550-650을 갖는 페놀-포름알데히드 수지, 평균 분자량 약 600-700을 갖는 p-t-부틸페놀-포름알데히드 수지, 및 평균 분자량 약 1200-1400을 갖는 p-n-옥틸페놀-포름알데히드 수지(각각 HRJ 2210, HRJ-2255, 및 SP-1068로 쉐넥타미 케미칼스 인크(Schenectady Chemicals, Inc.; Schenectady, N.Y.)로부터 입수가능)을 포함할 수 있다. 추가로 페놀-포름알데히드 수지로서, CTU-구안아민, 및 분자량 398을 갖는 페놀-포름알데히드 수지(CG-125로 아지노모토 USA 인크(Ajinomoto USA Inc.; Teaneck, N.J.)로부터 상업적으로 입수가능)의 조합이 또한 적합하다. Suitable curing agents also include polyols such as ethylene glycol (available from EG-Aldrich), poly (propylene glycol), and poly (vinyl alcohol); And phenol-formaldehyde resins such as phenol-formaldehyde resins having an average molecular weight of about 550-650, pt-butylphenol-formaldehyde resins having an average molecular weight of about 600-700, and pn- having an average molecular weight of about 1200-1400. Octylphenol-formaldehyde resins (available from Schenectady Chemicals, Inc .; Schenectady, NY) as HRJ 2210, HRJ-2255, and SP-1068, respectively. Further as phenol-formaldehyde resin, a combination of CTU-guanamine, and a phenol-formaldehyde resin having a molecular weight of 398 (commercially available from Ajinomoto USA Inc .; Teaneck, NJ as CG-125) This is also suitable.

다양한 상업적으로 입수가능한 조성물이 본 발명에서 경화제로 사용될 수 있다. 이러한 조성물 중 하나는 AH-154로서 디시안디아미드 형의 제형이며, 아지노모토 USA 인크로부터 입수가능하다. 적합한 다른 것들은 폴리아미드, 디에틸트리아민, 및 트리에틸렌테트라아민의 혼합물인 안카미드(Ancamide) 400, 아미노아민, 이미다졸린, 및 테트라에틸렌펜타아민의 혼합물인 안카미드 506, 및 4,4'-메틸렌디아닐린 및 1,3-벤젠디아민의 혼합물인 안카미드 1284를 포함하며, 이들 제형은 파시픽 안코 케미칼, 퍼포먼스 케미칼 디비즌, 에어 프로덕트 앤드 케미칼(Pacific Anchor Chemical, Performance Chemical Division, Air Products and Chemicals, Inc.; Allentown, Pa)로부터 입수가능하다.Various commercially available compositions can be used as curing agents in the present invention. One such composition is a formulation of the dicyandiamide type as AH-154 and is available from Ajinomoto USA Inc. Other suitable ones include Anamide 18, which is a mixture of polyamide, diethyltriamine, and triethylenetetraamine, aminoamide, imidazoline, and Anamide 18, 506 which are a mixture of tetraethylenepentaamine, and 4,4 '. Ankamid 1284, a mixture of methylenedianiline and 1,3-benzenediamine, these formulations comprising Pacific Ancho Chemical, Performance Chemical Division, Air Products and Chemicals, Air Products and Chemicals, Inc .; Allentown, Pa).

추가의 적합한 경화제는 시그마 알드리치(Sigma Aldrich; St. Louis, Missouri)로부터 입수가능한 이미다졸(1,3-디아자-2,4-시클로펜타디엔), 시그마 알드리치로부터 입수가능한 2-에틸-4-메틸이미다졸 및 에어 프러덕트 & 케미칼스 인크로부터 입수가능한 안코(Anchor) 1170과 같은 보론 트리플루오라이드 아민 복합체를 포함한다. Further suitable curing agents are imidazole (1,3-diaza-2,4-cyclopentadiene) available from Sigma Aldrich (St. Louis, Missouri), 2-ethyl-4- available from Sigma Aldrich Boron trifluoride amine complexes such as Anchor 1170 available from Methylimidazole and Air Products & Chemicals Inc.

추가의 적합한 경화제는 ATU로 아지노모토 USA 인크로부터 상업적으로 입수가능한 3,9-비스(3-아미노프로필-2,4,8,10-테트록사스피로[5.5]운데칸 뿐만 아니라, 아지큐어(Ajicure) UDH로 아지노모토 USA 인크로부터 또한 상업적으로 입수가능한 지방족 디하이드라자이드, 및 LP540으로 모톤 인터네셔널 인크(Morton International, Inc.; Chicago, I11)로부터 상업적으로 입수가능한 머캅토-말단된 폴리설파이드를 포함한다. Further suitable curing agents are Ajicure, as well as 3,9-bis (3-aminopropyl-2,4,8,10-tetroxaspiro [5.5] undecane, commercially available from Ajinomoto USA Inc. as ATU. ) Aliphatic dehydrazide, also commercially available from Ajinomoto USA Inc. as UDH, and mercapto-terminated polysulfide commercially available from Morton International, Inc .; Chicago, I11 as LP540. .

경화제(들)는 적합한 온도에서 이와 조합될 경우, 복합 재료의 수지 성분의 경화를 제공하도록 선택된다. 수지 성분의 충분한 경화를 제공하기 위해 필요한 경화제의 양은 경화되는 수지의 유형, 요망되는 경화 온도 및 경화 시간을 포함한 다수의 요인들에 따라 변할 것이다. 경화제는 전형적으로 시아노구아니딘, 방향족 및 지방족 아민, 산무수물, 루이스산, 치환된 우레아, 이미다졸 및 하이드라진을 포함한다. 각 특정 상황을 위해 필요한 경화제의 특정 양은 잘-확립된 통상의 실험에 의해 결정될 수 있다. The curing agent (s), when combined with it at a suitable temperature, are selected to provide curing of the resin component of the composite material. The amount of curing agent needed to provide sufficient curing of the resin component will vary depending on a number of factors including the type of resin to be cured, the desired curing temperature and the curing time. Curing agents typically include cyanoguanidine, aromatic and aliphatic amines, acid anhydrides, Lewis acids, substituted ureas, imidazoles, and hydrazines. The specific amount of curing agent required for each particular situation can be determined by well-established routine experiments.

예시적인 바람직한 경화제는 4,4'-디아미노디페닐 설폰(4,4'-DDS) 및 3,3'-디아미노디페닐 설폰(3,3'-DDS)을 포함하며, 이 둘 모두는 허츠만으로부터 상업적으로 입수가능하다. 경화제는 비경화된 매트릭스의 5중량% 내지 45중량% 범위의 양으로 존재한다. 바람직하게는, 경화제는 10중량% 내지 30중량% 범위의 양으로 존재한다. 보다 바람직하게는, 경화제는 비경화된 매트릭스의 15중량% 내지 25중량% 범위로 존재한다. 16중량% 내지 22중량% 경화제를 함유하는 매트릭스 수지가 가장 바람직하다. Exemplary preferred curing agents include 4,4'-diaminodiphenyl sulfone (4,4'-DDS) and 3,3'-diaminodiphenyl sulfone (3,3'-DDS), both of which are Commercially available from Hertzman. Curing agents are present in amounts ranging from 5% to 45% by weight of the uncured matrix. Preferably, the curing agent is present in an amount in the range of 10% to 30% by weight. More preferably, the curing agent is present in the range of 15% to 25% by weight of the uncured matrix. Most preferred are matrix resins containing from 16% to 22% by weight curing agent.

4,4'-DDS는 바람직한 경화제이다. 이는 바람직하게는 단독 경화제로서 16중량% 내지 33중량% 범위의 양으로 사용된다. 더욱 반응성인 3,3'-DDS는 순수 경화된 수지의 강도를 증가시킬 것이지만, 얻어진 프리프레그는 덜 반응성인 4,4'-DDS를 사용한 것만큼 우수한 점성 특성을 결코 지니지 않을 것으로 예상된다. 따라서, 프리프레그 아웃라이프, 점성 및 경화된 복합 부품의 기계적 성능의 최적의 균형을 달성하기 위하여, 4,4'-DDS 등과 같은 덜 반응성인 경화제가 약 70 내지 80 퍼센트의 에폭시에 대한 아민의 화학량론에서 사용되는 것이 바람직하다. 4,4'-DDS is a preferred curing agent. It is preferably used in an amount ranging from 16% to 33% by weight as the sole curing agent. The more reactive 3,3'-DDS will increase the strength of the pure cured resin, but the resulting prepreg is expected to never have as good viscous properties as using the less reactive 4,4'-DDS. Thus, in order to achieve an optimal balance of the mechanical performance of prepreg outlife, viscosity and cured composite parts, less reactive curing agents such as 4,4'-DDS, etc., have a stoichiometric amount of amine to about 70 to 80 percent epoxy. It is preferred to be used in the loan.

본 발명의 매트릭스는 또한 바람직하게 열가소성 강인화제를 포함한다. 임의의 적합한 열가소성 중합체는 강인화제로 사용될 수 있다. 전형적으로, 열가소성 중합체는 경화제의 첨가 전 가열에 의해 수지 혼합물에 용해되는 입자로서 수지 혼합물에 첨가된다. 일단 열가소성 제제가 가열된 매트릭스 수지 전구체(즉, 에폭시 수지의 조합물)에 충분히 용해되면, 전구체를 냉각하고, 남은 성분들(경화제 및 불용성 열가소성 입자)을 첨가한다. The matrix of the invention also preferably comprises a thermoplastic toughening agent. Any suitable thermoplastic polymer can be used as the toughening agent. Typically, the thermoplastic polymer is added to the resin mixture as particles that dissolve in the resin mixture by heating before addition of the curing agent. Once the thermoplastic formulation is sufficiently dissolved in the heated matrix resin precursor (ie the combination of epoxy resin), the precursor is cooled and the remaining components (curing agent and insoluble thermoplastic particles) are added.

예시적인 열가소성 강인화제/입자는 임의의 다음 열가소성제를 단독으로 또는 조합하여 포함한다: 폴리이미드, 아라미드, 폴리케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 고성능 탄화수소 중합체, 액정 중합체, PTFE, 탄성중합체 및 세그먼트화 탄성중합체.Exemplary thermoplastic toughening agents / particles include, alone or in combination with any of the following thermoplastics: polyimide, aramid, polyketone, polyetheretherketone, polyester, polyurethane, polysulfone, polyethersulfone, high performance hydrocarbons Polymers, liquid crystal polymers, PTFE, elastomers and segmented elastomers.

강인화제는 비경화된 수지 매트릭스의 45중량% 내지 5중량% 범위로 존재한다. 바람직하게는, 강인화제는 25중량% 내지 5중량% 범위로 존재한다. 보다 바람직하게는, 강인화제는 20중량% 내지 10중량% 범위로 존재한다. 가장 바람직하게는, 강인화제는 매트릭스 수지의 13중량% 내지 17중량% 범위로 존재한다. 예로서, 적합한 강인화제는 상표명 수미카엑셀 5003P로 시판되는 PES 입자이며, 이는 수미토모 케미칼로부터 상업적으로 입수가능하다. 5003P의 대안품은 솔베이(Solvay) 폴리에테르설폰 105PS, 또는 비-히드록실 말단된 등급 예컨대, 솔베이 104P이다. Toughening agents are present in the range of 45% to 5% by weight of the uncured resin matrix. Preferably, the toughening agent is present in the range of 25% to 5% by weight. More preferably, the toughening agent is present in the range of 20% to 10% by weight. Most preferably, the toughening agent is present in the range of 13% to 17% by weight of the matrix resin. By way of example, suitable toughening agents are PES particles sold under the tradename Sumica Excel 5003P, which is commercially available from Sumitomo Chemical. An alternative to 5003P is Solvay polyethersulfone 105PS, or a non-hydroxyl terminated grade such as Solvay 104P.

매트릭스 수지는 또한 추가의 성분 예컨대, 성능 강화제 또는 조절제 및 추가의 열가소성 중합체를 포함할 수 있고, 단 이들은 프리프레그의 점성 및 아웃라이프 또는 경화된 복합 재료의 강도 및 손상 허용성에 부정적인 영향을 미치지 않는다. 예를 들어, 성능 강화제 또는 조절제는 유연화제, 강인화제/입자, 촉진제, 코어 쉘 고무, 방염제, 습윤제, 안료/염료, 자외선 흡수제, 항진균제 화합물, 충진제, 전도성 입자, 및 점도 조절제로부터 선택될 수 있다. 추가의 강인화제로 사용하기 위한 적합한 추가의 열가소성 중합체는 임의의 하기 물질들을 단독으로 또는 조합하여 포함한다: 폴리에테르 설폰(PES), 폴리에테르 에테르설폰(PEES), 폴리페닐 설폰, 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 아라미드, 폴리에스테르, 폴리케톤, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리아릴에테르, 폴리아릴설파이드, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌 옥사이드(PPO) 및 변형된 PPO. The matrix resin can also include additional components such as performance enhancers or modifiers and additional thermoplastic polymers, provided they do not negatively affect the viscosity and the tolerability and damage of the prepreg or the outlife or cured composite material. For example, performance enhancers or modifiers may be selected from softening agents, toughening agents / particles, accelerators, core shell rubbers, flame retardants, wetting agents, pigments / dyes, ultraviolet absorbers, antifungal compounds, fillers, conductive particles, and viscosity modifiers. . Suitable further thermoplastic polymers for use as further toughening agents include any of the following materials, alone or in combination: polyether sulfone (PES), polyether ethersulfone (PEES), polyphenyl sulfone, polysulfone, poly Mid, polyetherimide, aramid, polyester, polyketone, polyetheretherketone (PEEK), polyurethane, polyurea, polyarylether, polyarylsulfide, polycarbonate, polyphenylene oxide (PPO) and modified PPO .

적합한 촉진제는 일반적으로 사용되는 임의의 유론(urone) 화합물이다. 단독 또는 조합되어 사용될 수 있는 촉진제의 특정 예는, N,N-디메틸, N'-3,4-디클로로페닐 우레아(디유론), N'-3-클로로페닐 우레아(모뉴론), 및 바람직하게는 N,N-(4-메틸-m-페닐렌 비스[N',N'-디메틸우레아](예를 들어, 데구사(Degussa)로부터 입수가능한 Dyhard(다이하드) UR500)을 포함한다. Suitable promoters are any urone compounds commonly used. Specific examples of promoters that can be used alone or in combination are N, N-dimethyl, N'-3,4-dichlorophenyl urea (diureon), N'-3-chlorophenyl urea (monurone), and preferably Includes N, N- (4-methyl-m-phenylene bis [N ', N'-dimethylurea] (eg, Dyhard UR500 available from Degussa).

예로서, 적합한 충진제는 임의의 하기 물질들을 단독으로 또는 조합하여 포함한다: 실리카, 알루미나, 티타니아, 유리, 탄산칼슘 및 산화칼슘.By way of example, suitable fillers include any of the following materials, alone or in combination: silica, alumina, titania, glass, calcium carbonate and calcium oxide.

예로서, 적합한 전도성 입자는 임의의 하기 물질들을 단독으로 또는 조합하여 포함한다: 은, 금, 구리, 알루미늄, 니켈, 전도성 등급의 탄소, 벅민스터플러렌(buckminsterfullerene), 탄소 나노튜브 및 탄소 나노섬유. 금속-코팅된 충진제 예를 들어, 니켈 코팅된 탄소 입자 및 은 코팅된 구리 입자가 또한 사용될 수 있다. By way of example, suitable conductive particles include any of the following materials, alone or in combination: silver, gold, copper, aluminum, nickel, conductive grade carbon, buckminsterfullerene, carbon nanotubes and carbon nanofibers. Metal-coated fillers such as nickel coated carbon particles and silver coated copper particles may also be used.

매트릭스 수지는 하나 이상의 열경화성 수지인 추가의 고분자 수지를 포함할 수 있다. 용어 "열경화성 수지"는 경화 전에는 가소성이고, 보통은 액체, 분말 또는 가단성이고, 최종 형태로 성형되도록 설계되는 임의의 적합한 물질을 포함한다. 일단 경화되면, 열경화성 수지는 용융 및 재성형되기에 적합하지 않다. 본 발명의 적합한 열경화성 수지 재료는 페놀 포름알데히드의 수지, 우레아-포름알데히드, 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민(멜라민), 비스말레이미드, 비닐 에스테르 수지, 벤족사진 수지, 페놀산 수지, 폴리에스테르, 시아네이트 에스테르 수지, 에폭사이드 중합체, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만, 이제 제한되지 않는다. 열경화성 수지는 에폭사이드 수지, 시아네이트 에스테르 수지, 비스말레이미드, 비닐 에스테르, 벤족사진 및 페놀산 수지로부터 바람직하게 선택된다. 원하는 경우, 매트릭스는 페놀기를 함유한 추가의 적합한 수지 예컨대, 레조르시놀 기재 수지, 및 양이온 중합에 의해 형성된 수지 예컨대, DCPD-페놀 공중합체를 포함할 수 있다. 추가의 적합한 수지는 멜라민-포름알데히드 수지, 및 우레아-포름알데히드 수지이다. The matrix resin can include additional polymeric resins that are one or more thermosetting resins. The term "thermoset resin" includes any suitable material that is plastic before curing, usually liquid, powder or malleable, and designed to be molded into the final form. Once cured, the thermosetting resin is not suitable for melting and reshaping. Suitable thermosetting resin materials of the present invention are resins of phenol formaldehyde, urea-formaldehyde, 1,3,5-triazine-2,4,6-triamine (melamine), bismaleimide, vinyl ester resin, benzoxazine Resins, phenolic acid resins, polyesters, cyanate ester resins, epoxide polymers, or any combination thereof. Thermosetting resins are preferably selected from epoxide resins, cyanate ester resins, bismaleimides, vinyl esters, benzoxazines and phenolic acid resins. If desired, the matrix may comprise further suitable resins containing phenol groups such as resorcinol based resins, and resins formed by cationic polymerization such as DCPD-phenol copolymers. Further suitable resins are melamine-formaldehyde resins, and urea-formaldehyde resins.

수지 매트릭스는 표준 프리프레그 매트릭스 처리 과정에 따라 제조된다. 일반적으로, 다양한 에폭시 수지들은 실온에서 함께 혼합되어 수지 혼합물을 형성하고, 이에 열가소성 강인화제가 첨가된다. 이 혼합물은 이후 강인화제를 실질적으로 용융시키기에 충분한 시간 동안 열가소성 강인화제의 용융점보다 높은 온도로 가열된다. 그런 후, 혼합물을 실온 또는 실온 미만으로 냉각시키고, 나머지 성분들(존재하는 경우, 불용성 열가소성 입자, 경화제 및 다른 첨가제)을 수지에 혼합시켜 섬유 보강재에 함침되는 최종 매트릭스 수지를 형성시킨다. The resin matrix is prepared according to standard prepreg matrix processing. Generally, various epoxy resins are mixed together at room temperature to form a resin mixture, to which a thermoplastic toughening agent is added. This mixture is then heated to a temperature above the melting point of the thermoplastic toughening agent for a time sufficient to substantially melt the toughening agent. The mixture is then cooled to room temperature or below room temperature and the remaining components (if present, insoluble thermoplastic particles, curing agent and other additives) are mixed into the resin to form the final matrix resin that is impregnated with the fiber reinforcement.

매트릭스 수지는 임의의 알려진 프리프레그 제조 기술에 따라 섬유 보강재에 적용된다. 섬유 보강재는 매트릭스 수지로 완전히 또는 부분적으로 함침될 수 있다. 대안적인 구체예에서, 매트릭스 수지는 분리된 층으로 섬유 보강재에 적용될 수 있고, 이는 섬유성 보강재에 인접, 및 접촉되지만 섬유 보강재를 실질적으로 함침시키지 않는다. 프리프레그는 전형적으로 양면이 보호층으로 덮혀지고, 전형적으로 조기경화를 방지하기 위해 실온 미만으로 잘 유지된 온도에서 저장 및 수송을 위해 둥글게 말린다. 원하는 경우, 임의의 다른 프리프레그 제조 공정 및 저장/수송 시스템이 사용될 수 있다.The matrix resin is applied to the fiber reinforcement according to any known prepreg manufacturing technique. The fiber reinforcement can be fully or partially impregnated with the matrix resin. In alternative embodiments, the matrix resin can be applied to the fiber reinforcement in a separate layer, which is adjacent and in contact with the fibrous reinforcement but does not substantially impregnate the fiber reinforcement. Prepregs are typically covered on both sides with a protective layer and typically rolled up for storage and transportation at temperatures well maintained below room temperature to prevent premature curing. If desired, any other prepreg manufacturing process and storage / transport system can be used.

프리프레그의 섬유 보강재는 합성 또는 천연 섬유, 또는 이들의 조합을 포함하는 혼성물(hybrid) 또는 혼합된 섬유 시스템으로부터 선택될 수 있다. 섬유 보강재는 임의의 적합한 재료 예컨대, 섬유 유리, 탄소 또는 아라미드(방향족 폴리아미드) 섬유로부터 바람직하게 선택될 수 있다. 섬유 보강재는 바람직하게 탄소 섬유이다.The fiber reinforcement of the prepreg can be selected from hybrid or mixed fiber systems comprising synthetic or natural fibers, or combinations thereof. The fiber reinforcement may be preferably selected from any suitable material such as fiber glass, carbon or aramid (aromatic polyamide) fibers. The fiber reinforcement is preferably carbon fiber.

섬유 보강재는 균열된(즉, 신장-파괴된) 또는 선택적으로 불연속적인 섬유, 또는 연속적인 섬유를 포함할 수 있다. 균열되거나 선택적으로 불연속적인 섬유의 사용은 완전히 경화되기 전에 복합 재료의 레이-업을 촉진시키고, 형상화되는 이의 성능을 향상시킬 수 있는 것으로 예상된다. 섬유 보강재는 직물, 비-권축(non-crimped), 부직포, 단방향성, 또는 다-축 직물 구조 형태 예컨대, 절단된 준등방성 프리프레그로 될 수 있다. 직물 형태는 평직, 수자직, 또는 능직 스타일로부터 선택될 수 있다. 비-권축 및 다-축 형태는 다수의 플라이(ply) 및 섬유 배향을 가질 수 있다. 이러한 스타일 및 형태는 복합 보강재 분야에서 잘 알려져 있고, 헥셀 레인폴스먼트(Hexcel Reinforcements; Villeurbanne, France)를 포함한 다수의 회사로부터 상업적으로 입수가능하다. The fiber reinforcement may comprise cracked (ie, stretched-breaked) or optionally discontinuous fibers, or continuous fibers. The use of cracked or optionally discontinuous fibers is expected to facilitate the lay-up of the composite material before it is fully cured and to improve its performance as it is shaped. The fiber reinforcement may be in the form of a woven, non-crimped, nonwoven, unidirectional, or multi-axial fabric structure such as a cut quasi-isotropic prepreg. The fabric form may be selected from plain weave, satin weave, or twill style. Non-critical and multi-axial forms can have multiple ply and fiber orientations. Such styles and shapes are well known in the field of composite stiffeners and are commercially available from a number of companies including Hexel Reinforcements (Villeurbanne, France).

프리프레그는 연속 테이프, 토우프레그, 웹, 또는 절단된 길이(절단 및 쪼개는 작업은 함침 후 임의의 시점에서 실시될 수 있음)의 형태가 될 수 있다. 프리프레그는 접착제 또는 표층용 필름(surfacing film)일 수 있으며, 직물, 편성물, 및 부직포의 다양한 형태로 내장형 캐리어(embedded carrier)를 추가적으로 가질 수 있다. 프리프레그는 예를 들어, 경화 시 공기 제거를 촉진시키기 위해 완전히 또는 단지 부분적으로 함침될 수 있다. The prepreg can be in the form of a continuous tape, tow preg, web, or cut length (cutting and splitting operations can be carried out at any point after impregnation). The prepreg may be an adhesive or a surfacing film and may additionally have an embedded carrier in various forms of woven, knitted, and nonwoven fabrics. The prepreg may be impregnated completely or only partially, for example to promote air removal upon curing.

예시적인 바람직한 매트릭스 수지는 약 22중량% 내지 25중량% 비스페놀-F 디글리시딜 에테르; 약 25중량% 내지 30중량% 트리글리시딜-m-아미노페놀(삼작용성 에폭시 수지); 약 17 내지 21중량% 디아미노디페닐설폰(경화제로서 주로 4,4-DDS); 10중량% 내지 15중량% 불용성 열가소성 입자, 및 강인화제로서 13중량% 내지 17중량% 폴리(에테르 설폰)을 포함한다. Exemplary preferred matrix resins include from about 22% to 25% by weight bisphenol-F diglycidyl ether; About 25-30% triglycidyl- m -aminophenol (trifunctional epoxy resin); About 17-21 weight percent diaminodiphenylsulfone (primarily 4,4-DDS as a hardener); 10 wt% to 15 wt% insoluble thermoplastic particles, and 13 wt% to 17 wt% poly (ether sulfone) as toughening agent.

프리프레그는 복합 부품을 제조하기 위해 사용되는 임의의 표준 기술을 이용하여 성형될 수 있다. 전형적으로, 하나 이상의 프리프레그의 층은 적합하게 성형되고 경화되어 최종 복합 부품으로 제조된다. 본 발명의 프리프레그는 당해 기술 분야에 알려진 임의의 적합한 온도, 압력, 및 시간 조건을 이용하여 완전히 또는 부분적으로 경화될 수 있다. 전형적으로, 프리프레그는 대략 180℃의 온도로 오토클레이브에서 경화될 것이다. 복합 재료는 자외선-가시광선, 마이크로파선, 전자빔, 감마선, 또는 다른 적합한 열적 또는 비열적 복사로부터 선택된 방법을 사용하여 바람직하게 경화될 수 있다. The prepreg can be molded using any standard technique used to make composite parts. Typically, one or more layers of prepreg are suitably molded and cured to make the final composite part. The prepregs of the present invention can be fully or partially cured using any suitable temperature, pressure, and time conditions known in the art. Typically, the prepreg will cure in the autoclave at a temperature of approximately 180 ° C. The composite material may preferably be cured using a method selected from ultraviolet-visible light, microwaves, electron beams, gamma rays, or other suitable thermal or nonthermal radiation.

본 발명의 개선된 프리프레그로부터 제조된 복합 부품은 다수의 1차 및 2차 항공우주 구조물(날개, 동체, 칸막이 등)과 같은 제품의 제조 분야에서 발견될 것이지만, 높은 인장 강도, 압축 강도, 및 충격 손상에 대한 저항이 필요한 자동차, 철도 및 선박 분야를 포함한 많은 다른 고성능 합성 분야에서 또한 유용할 것이다.Composite parts made from the improved prepregs of the present invention will be found in the manufacture of products such as a number of primary and secondary aerospace structures (wings, fuselage, partitions, etc.), but with high tensile strength, compressive strength, and It will also be useful in many other high performance synthesis applications, including automotive, railroad and marine applications where resistance to impact damage is required.

본 발명을 보다 쉽게 이해할 수 있게 하기 위하여, 하기 본 발명의 배경 정보 및 실시예들이 이제 언급될 것이다. In order to make the present invention easier to understand, the following background information and examples of the present invention will now be mentioned.

실시예 1Example 1

본 발명에 따른 바람직한 예시적인 수지 제형은 표 1에 설명된다. 에폭시 성분을 실온에서 폴리에테르설폰과 혼합시켜 수지 배합물을 형성시키고, 이를 120분 동안 120℃로 가열하여 폴리에테르설폰을 완전히 용해시켜 매트릭스 수지를 제 조하였다. 상기 혼합물을 80℃로 냉각시키고 성분의 나머지를 첨가하여 완전히 혼합시켰다. Preferred exemplary resin formulations according to the invention are described in Table 1. The epoxy component was mixed with polyethersulfone at room temperature to form a resin blend which was heated to 120 ° C. for 120 minutes to completely dissolve the polyethersulfone to prepare a matrix resin. The mixture was cooled to 80 ° C. and mixed thoroughly by addition of the rest of the ingredients.

표 1TABLE 1

Figure 112009070138192-PCT00001
Figure 112009070138192-PCT00001

하나 이상의 단방향성 탄소 섬유의 층을 표 1의 수지 제형에 함침시킴으로써 예시적인 프리프레그를 제조하였다. 단방향성 탄소 섬유를 사용하여 매트릭스 수지가 비경화된 프리프레그 전체 중량의 35중량%에 달하고, 섬유 면적 중량이 제곱미터 당 268 그람(gsm)인 프리프레그를 제조하였다. 다양한 프리프레그 레이-업을 표준 프리프레그 제조 과정을 이용하여 제조하였다. 프리프레그를 오토클레이브에서 약 2시간 동안 180℃에서 경화시켰다. 그런 후, 경화된 프리프레그를 하기 기술된 바와 같이, 이의 인장 강도 및 손상 허용성을 측정하기 위해 표준 시험으로 수행하였다. Exemplary prepregs were prepared by impregnating one or more layers of unidirectional carbon fiber into the resin formulation of Table 1. Unidirectional carbon fibers were used to prepare prepregs with a matrix resin of 35% by weight of the total weight of the uncured prepreg, with a fiber area weight of 268 grams per square meter (gsm). Various prepreg lay-ups were made using standard prepreg manufacturing procedures. The prepreg was cured at 180 ° C. for about 2 hours in an autoclave. The cured prepreg was then performed in a standard test to determine its tensile strength and damage tolerance, as described below.

평면내 전단 계수(In-plane shear modulus; IPM)를 8 플라이(8-ply)(=+45/-45) 라미네이트를 사용하여 실온에서 측정하였다. 라미네이트를 오토클레이브에서 180℃에서 2시간 동안 경화시켰으며, 2mm의 공칭 두께를 얻었다. 경착(Consolidaton)을 C-스캔으로 검증하였다. 에어버스 시험 방법(Airbus Test Method) AITM 1.0002에 에 따라 표본을 자르고 시험하였다. 인용된 결과는 표준화되지 않은 것이다. In-plane shear modulus (IPM) was measured at room temperature using an 8-ply (= + 45 / -45) laminate. The laminate was cured for 2 hours at 180 ° C. in an autoclave and a nominal thickness of 2 mm was obtained. Consolidaton was verified by C-scan. Samples were cut and tested according to the Airbus Test Method AITM 1.0002. The results cited are not standardized.

충격 후 압축(CAI)을 단방향성 섬유 층들이 준등방성으로 배향되는 16-플라이 라미네이트를 사용하여 25주울(Joule)에서 측정하였다. 라미네이트를 오토클레이브에서 2시간 동안 180℃에서 경화시켰다. 최종 라미네이트 두께는 약 4mm였다. 경착을 C-스캔으로 검증하였다. 표본을 에어버스 시험 방법 AITM 1.0010(1994년 6월 2일자 공고)에 따라 자르고, 시험하였다. Post-impact compression (CAI) was measured at 25 Joules using a 16-ply laminate with unidirectional fiber layers oriented quasi-isotropically. The laminate was cured at 180 ° C. for 2 hours in an autoclave. The final laminate thickness was about 4 mm. Cure was verified by C-scan. Samples were cut and tested according to Airbus Test Method AITM 1.0010 (June 2, 1994).

오픈 홀 압축(OHC)을 단방향성 층들이 레이-업 동안에 40/40/20으로 배향되어 있는 20-플라이 라미네이트를 이용하여 실온에서 측정하였다. 라미네이트를 오토클레이브에서 2시간 동안 180℃에서 경화시키고, 5mm의 공칭 두께를 얻었다. 경착을 C-스캔으로 검증하였다. 표본을 에어버스 시험 방법 AITM 1.0008에 따라 자르고 시험하였다. 결과의 값은 EN 3784 방법 B에 따라 수행된 계산으로 경화된 공칭 플라이 두께에 근거하여 60부피% 분율로 표준화된 것이다. Open hole compression (OHC) was measured at room temperature using a 20-ply laminate with unidirectional layers oriented 40/40/20 during lay-up. The laminate was cured at 180 ° C. for 2 hours in an autoclave and a nominal thickness of 5 mm was obtained. Cure was verified by C-scan. Samples were cut and tested according to Airbus test method AITM 1.0008. The values of the results are normalized to a 60 vol% fraction based on the nominal ply thickness cured by calculations performed according to EN 3784 Method B.

오픈 홀 인장(OHT)을 단방향성 층들이 레이-업 동안에 40/40/20으로 배향되어 있는 20-플라이 라미네이트를 이용하여 실온에서 측정하였다. 라미네이트를 오토클레이브에서 2시간 동안 180℃에서 경화시키고, 5mm의 공칭 두께를 얻었다. 경착을 C-스캔으로 검증하였다. 표본을 에어버스 시험 방법 AITM 1.0008에 따라 자르고 시험하였다. 결과의 값은 EN 3784 방법 B에 따라 수행된 계산으로 경화된 공칭 플라이 두께에 근거하여 60부피% 분율로 표준화된 것이다. Open hole tensile (OHT) was measured at room temperature using a 20-ply laminate with unidirectional layers oriented 40/40/20 during lay-up. The laminate was cured at 180 ° C. for 2 hours in an autoclave and a nominal thickness of 5 mm was obtained. Cure was verified by C-scan. Samples were cut and tested according to Airbus test method AITM 1.0008. The values of the results are normalized to a 60 vol% fraction based on the nominal ply thickness cured by calculations performed according to EN 3784 Method B.

경화된 프리프레그는 약 101 MPa의 IPS 및 약 5.5GPa의 IPM을 가졌다. OHT 는 약 780MPa였고, OHC 및 CAI는 각각 약 370MPa 및 292MPa였다.The cured prepreg had an IPS of about 101 MPa and an IPM of about 5.5 GPa. OHT was about 780 MPa and OHC and CAI were about 370 MPa and 292 MPa, respectively.

비교 프리프레그(C1)를 상기-기재된 바람직한 예시적인 프리프레그와 동일한 방식으로 제조 및 시험하였다. C1은 삼작용성 메타-글리시딜 아민(MY0600) 대신에 삼작용성 파라-글리시딜 아민(MY0510)이 대체된 것을 제외하고, 예시적인 프리프레그와 동일하였다. 형성된 경화된 프리프레그는 약 72MPa의 IPS 및 약 5.1GPa의 IPM을 가졌다. OHT는 약 752MPa 였고, OHC 및 CAI는 각각 361MPa 및 227MPa였다. Comparative prepreg (C1) was prepared and tested in the same manner as the above-described preferred exemplary prepreg. C1 was identical to the exemplary prepreg except that trifunctional para-glycidyl amine (MY0510) was substituted for trifunctional meta-glycidyl amine (MY0600). The cured prepreg formed had an IPS of about 72 MPa and an IPM of about 5.1 GPa. OHT was about 752 MPa and OHC and CAI were 361 MPa and 227 MPa, respectively.

상기 비교 실시예 C1은 삼작용성 메타-글리시딜 아민 에폭시가 삼작용성 파라-글리시딜 아민 에폭시 대신에 사용되는 경우, 인장 강도 및 손상 허용성 둘 모두에서 예기치 않은 상당한 증가가 일어난다는 것을 설명한다. 또한, 인장 강도 및 손상 허용성 둘 모두의 이러한 증가는 프리프레그의 아웃라이프 및 점성 또는 경화된 부품의 다른 물리적/화학적 특성에 악영향을 미치지 않으면서 달성되었다. Comparative Example C1 demonstrates that when trifunctional meta-glycidyl amine epoxy is used in place of trifunctional para-glycidyl amine epoxy, an unexpected significant increase in both tensile strength and damage tolerance occurs. . In addition, this increase in both tensile strength and damage tolerance has been achieved without adversely affecting the outlife of the prepreg and other physical / chemical properties of the viscous or hardened part.

매트릭스가 삼작용성 파라-글리시딜 아민 에폭시 수지와 사작용성 파라-글리시딜 아민 에폭시 수지의 조합물을 함유하는 제 2 비교 프리프레그(C2)를 제조하였다. 구체적으로, 수지는 하기를 함유하였다: 22.2중량% GY281 이작용성 에폭시; 10.1중량% MY0510(삼작용성 파라-글리시딜 아민 에폭시); 21.1중량% MY721(사작용성 파라-글리시딜 에폭시); 13.5중량% 오가졸 1002 입자; 14.0중량% 수미카엑셀 5003P PES; 및 19.2중량% 4,4'-DDS. 상기 C2 프리프레그는 다른 것은 상기 바람직한 예시적인 프리프레그와 동일하였으며, 동일한 방식으로 경화시키고 시험하였다. 경화된 C2 프리프레그는 약 92MPa의 IPS 및 약 5.2GPa의 IPM을 가졌다. OHT는 약 735MPa 였고, OHC 및 CAI는 각각 376MPa 및 257MPa였다. A second comparative prepreg (C2) was prepared in which the matrix contains a combination of trifunctional para-glycidyl amine epoxy resins and tetrafunctional para-glycidyl amine epoxy resins. Specifically, the resin contained: 22.2% by weight GY281 difunctional epoxy; 10.1 wt.% MY0510 (trifunctional para-glycidyl amine epoxy); 21.1 weight% MY721 (tetrafunctional para-glycidyl epoxy); 13.5 wt% organo 1002 particles; 14.0 weight% Sumika Excel 5003P PES; And 19.2 weight% 4,4'-DDS. The C2 prepreg was identical to the other preferred exemplary prepreg above, cured and tested in the same manner. The cured C2 prepreg had an IPS of about 92 MPa and an IPM of about 5.2 GPa. OHT was about 735 MPa and OHC and CAI were 376 MPa and 257 MPa, respectively.

비교 실시예 C2는 C1 중 삼작용성 파라-글리시딜 아민 에폭시(MY0510)의 상당 부분이 사작용성 파라-글리시딜 아민 에폭시(MY721)로 대체되는 것이 측정된 대부분의 특성을 어느 정도 증가시킨다는 것을 설명한다. 그러나, 증가 정도는 본 발명에 따라 메타-치환된 삼작용성 에폭시를 사용한 것처럼 크지 않았다. Comparative Example C2 shows that the replacement of a substantial portion of the trifunctional para-glycidyl amine epoxy (MY0510) in C1 with tetrafunctional para-glycidyl amine epoxy (MY721) increases to a certain extent the majority of the properties measured. Explain. However, the degree of increase was not as great as using meta-substituted trifunctional epoxy according to the present invention.

실시예 2Example 2

추가의 예시적인 프리프레그(A-D)를 실시예 1과 동일한 방식으로 제조하고 경화시키고, 시험하였다. 프리프레그는 매트릭스 수지에 대한 제형이 변경된 것을 제외하고, 실시예 1에서와 동일하였다. 제형은 하기 표 2에 기재된다.Additional exemplary prepregs (A-D) were prepared, cured and tested in the same manner as in Example 1. The prepreg was the same as in Example 1 except that the formulation for the matrix resin was changed. The formulations are described in Table 2 below.

표 2TABLE 2

Figure 112009070138192-PCT00002
Figure 112009070138192-PCT00002

표 2로부터 알 수 있드시, 예시적인 매트릭스 수지 A는, 경화제가 4,4'-DDS 및 3,3'-DDS의 배합물로 변경된 것을 제외하고, 실시예 1에서와 동일하다. 매트릭스 수지 B에 있어서, 경화제의 양은 에폭시 수지 성분에서 상응하는 감소로 실시예 1에서의 양보다 높게 증가하였다. 매트릭스 수지 C 및 D에 있어서, 경화제의 양은 증가되었고, 4,4'-DDS와 3,3'-DDS의 조합물이 사용되었다.As can be seen from Table 2, Exemplary Matrix Resin A is the same as in Example 1, except that the curing agent was changed to a combination of 4,4'-DDS and 3,3'-DDS. For Matrix Resin B, the amount of curing agent increased higher than the amount in Example 1 with a corresponding decrease in epoxy resin component. For matrix resins C and D, the amount of curing agent was increased and a combination of 4,4'-DDS and 3,3'-DDS was used.

매트릭스 수지 A-D를 사용한 경화된 프리프레그에 대한 시험 결과가 하기 표 3에 기재된다. Test results for cured prepregs using matrix resins A-D are listed in Table 3 below.

표 3TABLE 3

Figure 112009070138192-PCT00003
Figure 112009070138192-PCT00003

표 3으로부터 알 수 있드시, 상이한 경화제의 양 및 타입이 사용된 경우 경화된 프리프레그의 강도 및 손상 허용성은 달라진다. 경화된 프리프레그 모두는 실시예 1의 C1 프리프레그와 비교했을 때, 인장 강도 및 손상 허용성 둘 모두에서 상당한 증가를 나타냈다. 본 실시예에 따라 제조된 프리프레그의 점성 및 아웃 라이프 특성은 다양하지만, 일반적으로 전형적인 취급, 레이-업 및 경화 공정에 대해 허용가능하였음이 주지되어야 한다. 그러나, 실시예 1의 프리프레그의 점성 및 아웃 라이프 특성이 보다 큰 허용성을 가졌다. 따라서, 실시예 1에서 사용된 경화제 양 및 조합(즉, 실질적으로 모두 4,4'-DDS 등)이 바람직하다. As can be seen from Table 3, the strength and damage tolerance of the cured prepreg vary when different amounts and types of curing agents are used. Both cured prepregs showed a significant increase in both tensile strength and damage tolerance when compared to the C1 prepreg of Example 1. It should be noted that the viscosity and out life characteristics of the prepregs prepared according to this embodiment vary, but are generally acceptable for typical handling, lay-up and curing processes. However, the viscosity and out-life characteristics of the prepreg of Example 1 had greater tolerance. Thus, the amount and combination of curing agents used in Example 1 (ie, substantially all 4,4'-DDS, etc.) is preferred.

실시예 3Example 3

프리프레그의 추가의 실시예(3E)를 본 발명에 따라 제조하였다. 프리프레그는 상이한 섬유 표면 처리가 사용된 것을 제외하고, 선행되는 실시예에서 사용된 탄소 섬유와 유사한 탄소 섬유 보강재(268그램의 면적 중량)를 포함하였다. 매트릭스 수지에 대한 제형이 하기 표 4에 기재된다. 비교 프리프레그(C3)를 또한 제 조하였다. C3에 대한 매트릭스 제형이 또한 하기 표 4에 기재된다. A further example (3E) of prepreg was prepared according to the present invention. The prepreg included a carbon fiber reinforcement (area weight of 268 grams) similar to the carbon fibers used in the preceding examples, except that different fiber surface treatments were used. Formulations for the matrix resins are shown in Table 4 below. Comparative prepreg C3 was also prepared. Matrix formulations for C3 are also described in Table 4 below.

표 4Table 4

OHT 및 CAI에 대해 상기 기재된 표준 기계적 시험을 수행하기 위해 프리프레그 라미네이트를 선행 실시예와 동일한 방식으로 제조하고, 경화시켰다. 시험 결과가 하기 표 5에 기재된다.Prepreg laminates were prepared and cured in the same manner as in the previous examples to perform the standard mechanical tests described above for OHT and CAI. The test results are listed in Table 5 below.

표 5Table 5

Figure 112009070138192-PCT00005
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이들 실시예의 결과는, 상이한 섬유 사이징 또는 섬유 코팅 처리를 사용함으로써 경화된 프리프레그의 강도 및 손상 허용성을 변동시킬 수 있음을 설명한다. 예를 들어, 프리프레그 C3는 탄소 섬유 상에 상이한 코팅을 사용하는 것을 제외하고 프리프레그 C2와 동일하였다. C3에 대한 CAI는 C2보다 높은 56MPa였으나, C3의 OHT는 보다 낮은 141MPa였다. 다른 표면 코팅의 사용 또한 동일한 매트릭스 수지가 사용된 경우에 경화된 프리프레그의 강도 및 손상 허용성에서 유사한 차이를 제공할 수 있을 것으로 예상된다. The results of these examples demonstrate that by using different fiber sizing or fiber coating treatments, the strength and damage tolerance of the cured prepreg can be varied. For example, prepreg C3 was the same as prepreg C2 except using a different coating on carbon fibers. The CAI for C3 was 56 MPa higher than C2, while the OHT of C3 was lower 141 MPa. The use of other surface coatings is also expected to provide similar differences in the strength and damage tolerance of the cured prepreg when the same matrix resin is used.

그러나, 실시예에 의해 입증되는 바와 같이, 본 발명은 사용되는 특정 코팅 또는 사이징과 무관하게, 경화된 프리프레그의 강도 및 손상 허용성을 상대적으로 증가시켰다. 예를 들어, 실시예 1의 경화된 프리프레그는 탄소 섬유 상에 상이한 코팅을 사용한 것을 제외하고 실시예 3E의 경화된 프리프레그와 동일하였다. 실시예 1의 경화된 프리프레그는 CAI가 C2보다 높은 35MPa였고, OHT도 보다 높은 45MPa였다. 유사하게, 실시예 3E의 경화된 프리프레그도 CAI가 C3보다 높은 45MPa였고, OHT도 보다 높은 83MPa였다. However, as evidenced by the examples, the present invention relatively increased the strength and damage tolerance of the cured prepreg, regardless of the particular coating or sizing used. For example, the cured prepreg of Example 1 was the same as the cured prepreg of Example 3E except that different coatings were used on the carbon fibers. The cured prepreg of Example 1 had 35 MPa with CAI higher than C2 and 45 MPa with higher OHT. Similarly, the cured prepreg of Example 3E also had 45 MPa with CAI higher than C3 and 83 MPa with higher OHT.

실시예 4Example 4

프리프레그 F-H의 세개의 추가의 실시예를 본 발명에 따라 제조하였다. 프리프레그는 실시예 3에서 사용된 섬유와 동일한 탄소 섬유 보강재(268그램의 면적 중량)를 포함하였다. 세개의 매트릭스 수지에 대한 제형이 하기 표 6에 기재된다. Three additional examples of prepreg F-H were prepared according to the present invention. The prepreg contained the same carbon fiber reinforcement (area weight of 268 grams) as the fiber used in Example 3. Formulations for the three matrix resins are shown in Table 6 below.

표 6Table 6

Figure 112009070138192-PCT00006
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예시적 프리프레그 F-H는 중간 점도의 비스페놀-F 에폭시인 GY281 대신에 저점도 비스페놀-F 에폭시 GY285를 사용하였다. 또한, 프리프레그 F-H는 메타-치환된 삼작용성 에폭시(MY0600)와 파라-치환된 다작용성 에폭시(MY0510 및 MY7210)의 혼합물을 포함하였다. 이들 프리프레그를 사용하여 보잉 시험 방법(Boeing test method) BMS 8-276에 따라 시험된 라미네이트를 제조하였으며, 메타-삼작용성 에폭시를 함유하지 않은 프리프레그로부터 제조된 유사한 라미네이트와 비교하여 인장 강도 및 손상 허용성이 증가함을 입증하였다. Exemplary prepreg F-H used a low viscosity bisphenol-F epoxy GY285 instead of GY281, a medium viscosity bisphenol-F epoxy. Prepreg F-H also included a mixture of meta-substituted trifunctional epoxy (MY0600) and para-substituted multifunctional epoxy (MY0510 and MY7210). These prepregs were used to prepare laminates tested according to the Boeing test method BMS 8-276, and tensile strength and damage as compared to similar laminates made from prepregs containing no meta-trifunctional epoxy. Tolerance has been demonstrated to increase.

실시예 5Example 5

추가의 예시적 프리프레그(I-M)를 또한 실시예 1에서와 동일한 방식으로 제조하고, 경화시키고, 시험하였다. 이러한 프리프레그는 매트릭스 수지에 대한 제형이 변동된 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하였다. 제형이 하기 표 7에 기재된 다. Additional exemplary prepregs (I-M) were also prepared, cured, and tested in the same manner as in Example 1. This prepreg was the same as in Example 1 except that the formulation for the matrix resin was varied. The formulations are described in Table 7 below.

표 7TABLE 7

Figure 112009070138192-PCT00007
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경화된 프리프레그를 실시예 1에서와 동일한 시험 절차로 처리하였다. 결과가 하기 표 8에 기재된다. The cured prepreg was treated with the same test procedure as in Example 1. The results are shown in Table 8 below.

표 8Table 8

Figure 112009070138192-PCT00008
Figure 112009070138192-PCT00008

상기 예시적 프리프레그(I-M)는 열가소성 입자의 여러 유형 및 조합물이 본 발명에 따라 사용되어 인장 강도 및 손상 허용성 둘 모두를 추가로 증가시킬 수 있 음을 설명하였다. 오가졸 3502를 오가졸 1002(프리프레그 J 및 M)과 조합하여 사용하는 것이, 오가졸 1002를 단독으로 사용하는 실시예 1의 프리프레그와 비교한 경우, 경화된 프리프레그의 CAI 및 OHT 둘 모두를 증사시키는 것이 명백하다. 또한, 오가졸 3502와 오가졸 1002의 조합물이 프리프레그 K에서와 같이, 오가졸 3502를 단독으로 사용하는 경우보다 더 높은 CAI 및 OHT 값을 제공한다. The exemplary prepreg (I-M) described that several types and combinations of thermoplastic particles can be used in accordance with the present invention to further increase both tensile strength and damage tolerance. Using Ogazole 3502 in combination with Ogazole 1002 (Prepreg J and M) compared to the prepreg of Example 1 using Ogazole 1002 alone, both CAI and OHT of the cured prepreg It is obvious that the increase. In addition, the combination of Ogazole 3502 and Ogazole 1002 provides higher CAI and OHT values than using Ogazole 3502 alone, such as in Prepreg K.

프리프레그 L은 오가졸 1002 대신에 오가졸 CG199를 사용하는 것이 OHT에 대한 예상치 못한 효과를 가짐을 보여준다. 경화된 프리프레그에 대핸 높은 OHT 값(1070)이 기록되었다. 그러나, CAI 값(243)은 낮은 입자 분자량으로 인해 상대적으로 낮았다. Prepreg L shows the use of Ogazole CG199 instead of Ogazole 1002 has an unexpected effect on OHT. High OHT value 1070 was recorded for the cured prepreg. However, the CAI value 243 was relatively low due to the low particle molecular weight.

본 발명에 따르면, 다른 요구되는 성분과 함께, 메타-치환된 다작용성 에폭시의 양은, 실시예 1에서 기재된 표준 시험 절차에 따라 측정된 바와 같은, 70MPa 이상의 IPS; 4.6GPa 이상의 IPM; 360MPA 이상의 OHC; 790MPa 이상의 OHT 및 260MPa 이상의 CAI를 갖는 경화된 프리프레그를 제공하기에 충분해야 한다. According to the present invention, along with other required components, the amount of meta-substituted multifunctional epoxy may be selected from: IPS of at least 70 MPa, as measured according to the standard test procedure described in Example 1; IPM of 4.6 GPa or more; OHC of at least 360 MPA; It should be sufficient to provide a cured prepreg with OHT of at least 790 MPa and CAI of at least 260 MPa.

그러므로, 본 발명의 기술된 예시적인 구체예는 개시 내에서 단지 예시에 불과하며, 본 발명의 범위 내에 다양한 다른 대체, 개조 및 변형이 만들어질 수 있다는 것이 당업자에 의해 주목되어야 한다. 따라서, 본 발명은 상기 기술된 구체예에 의해 제한되지 않고, 단지 다음 청구의 범위에 의해 제한된다. Therefore, it should be noted by those skilled in the art that the described exemplary embodiments of the invention are merely exemplary within the disclosure and that various other substitutions, adaptations, and variations may be made within the scope of the invention. Accordingly, the invention is not limited by the embodiments described above, but only by the following claims.

Claims (20)

A) 보강 섬유; 및A) reinforcing fibers; And B) 매트릭스를 포함하는 사전-함침된(pre-impregnated) 복합 재료로서,B) a pre-impregnated composite material comprising a matrix, 상기 매트릭스가,The matrix, a) 이작용성 에폭시 수지;a) bifunctional epoxy resins; b) 2 보다 큰 작용성을 가지며, 메타-치환된 하나 이상의 페닐기를 갖는 다작용성 방향족 에폭시 수지; b) multifunctional aromatic epoxy resins having functionality greater than 2 and having at least one phenyl group which is meta-substituted; c) 불용성 열가소성 입자;c) insoluble thermoplastic particles; d) 열가소성 강인화제(toughening agent); 및d) thermoplastic toughening agents; And e) 경화제를 포함하는, 사전-함침된 복합 재료. e) a pre-impregnated composite material comprising a curing agent. 제 1항에 있어서, 상기 사전-함침된 복합 재료 중의 상기 매트릭스의 양이 약 25중량% 내지 약 45중량%인 사전-함침된 복합 재료.The pre-impregnated composite material of claim 1, wherein the amount of the matrix in the pre-impregnated composite material is from about 25% to about 45% by weight. 제 1항에 있어서, 상기 보강 섬유가 유리, 탄소 및 아라미드로 구성되는 군으로부터 선택되는 사전-함침된 복합 재료.The pre-impregnated composite material of claim 1, wherein the reinforcing fiber is selected from the group consisting of glass, carbon, and aramid. 제 2항에 있어서, 상기 보강 섬유가 직조 패브릭, 단방향성 섬유, 무작위로 배향된 섬유 또는 준등방성의 절단된 단방향성 섬유 테이프의 형태인 사전-함침된 복합 재료.3. The pre-impregnated composite material of claim 2, wherein the reinforcing fibers are in the form of woven fabrics, unidirectional fibers, randomly oriented fibers or quasi-isotropic cut unidirectional fiber tape. 제 1항에 있어서, 상기 이작용성 에폭시 수지가 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르, 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르, 디글리시딜 디히드록시 나프탈렌 및 이들의 조합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 사전-함침된 복합 재료.The bifunctional epoxy resin according to claim 1, wherein the difunctional epoxy resin is selected from the group consisting of diglycidyl ether of bisphenol F, diglycidyl ether of bisphenol A, diglycidyl dihydroxy naphthalene and combinations thereof. Pre-impregnated composite materials. 제 1항에 있어서, 상기 다작용성 방향족 에폭시 수지가 트리글리시딜 메타-아미노페놀 및 N,N,N',N'-테트라글리시딜-m-크실렌디아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 사전-함침된 복합 재료.The pre-impregnated polyvinyl aromatic resin according to claim 1, wherein the multifunctional aromatic epoxy resin is selected from the group consisting of triglycidyl meta-aminophenol and N, N, N ', N'-tetraglycidyl-m-xylenediamine. Composite materials. 제 1항에 있어서, 상기 열가소성 성분 입자가 폴리아미드를 필수적으로 포함하는 사전-함침된 복합 재료.The pre-impregnated composite material of claim 1, wherein the thermoplastic component particles essentially comprise polyamide. 제 1 항에 있어서, 상기 강인화제가 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 에테르설폰, 폴리페닐 설폰, 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 아라미드, 폴리에스테르, 폴리케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리아릴에테르, 폴리아릴설파이드, 폴리카보네이트 및 폴리페닐렌 옥사이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 사전-함침된 복합 재료.The method of claim 1, wherein the toughening agent is polyether sulfone, polyether ether sulfone, polyphenyl sulfone, polysulfone, polyimide, polyetherimide, aramid, polyester, polyketone, polyetheretherketone, polyurethane, poly Pre-impregnated composite material selected from the group consisting of urea, polyarylethers, polyarylsulfides, polycarbonates, and polyphenylene oxides. 제 1항에 있어서, 상기 경화제가 방향족 아민인 사전-함침된 복합 재료.The pre-impregnated composite material of claim 1, wherein the curing agent is an aromatic amine. 제 1항에 있어서, 상기 매트릭스가The method of claim 1 wherein the matrix is 22 내지 28중량%의 상기 이작용성 에폭시 수지;22 to 28% by weight of the bifunctional epoxy resin; 25 내지 30중량%의 상기 다작용성 방향족 에폭시 수지;25 to 30% by weight of the multifunctional aromatic epoxy resin; 10 내지 15중량%의 상기 불용성 열가소성 입자;10-15% by weight of the insoluble thermoplastic particles; 13 내지 17중량%의 상기 열가소성 강인화제; 및13 to 17 weight percent of the thermoplastic toughening agent; And 15 내지 17중량%의 상기 경화제를 포함하는 사전-함침된 복합 재료.A pre-impregnated composite material comprising 15 to 17 weight percent of said hardener. 제 10항에 있어서, 상기 다작용성 에폭시 수지가 트리글시딜-메타-아미노페놀인 사전-함침된 복합 재료.A pre-impregnated composite material as defined in claim 10, wherein said multifunctional epoxy resin is triglycidyl-amino-phenolic. 제 11항에 있어서, 상기 이작용성 에폭시 수지가 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르인 사전-함침된 복합 재료.12. The pre-impregnated composite material of claim 11, wherein said bifunctional epoxy resin is diglycidyl ether of bisphenol F. 제 12항에 있어서, 상기 불용성 열가소성 입자가 폴리아미드를 필수적으로 포함하는 사전-함침된 복합 재료.13. The pre-impregnated composite material of claim 12, wherein said insoluble thermoplastic particles consist essentially of polyamide. 제 13항에 있어서, 상기 열가소성 강인화제가 폴리에테르 설폰인 사전-함침된 복합 재료.The pre-impregnated composite material of claim 13, wherein the thermoplastic toughening agent is polyether sulfone. 제 14항에 있어서, 상기 경화제가 4,4-디아미노디페닐설폰인 사전-함침된 복합 재료.15. The pre-impregnated composite material of claim 14, wherein said curing agent is 4,4-diaminodiphenylsulfone. 제 13항에 있어서, 상기 폴리아미드 입자가 저용융 폴리아미드 입자 및 고용융 폴리아미드 입자 둘 모두를 포함하는 사전-함침된 복합 재료.The pre-impregnated composite material of claim 13, wherein the polyamide particles comprise both low melt polyamide particles and high melt polyamide particles. 제 15항에 있어서, 상기 매트릭스가The method of claim 15 wherein the matrix is 22 내지 28중량%의 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르;22 to 28 weight percent diglycidyl ether of bisphenol F; 25 내지 30중량%의 트리글리시딜 메타-아미노페놀;25-30% by weight of triglycidyl meta-aminophenol; 10 내지 15중량%의 폴리아미드 입자;10 to 15 weight percent polyamide particles; 13 내지 17중량%의 폴리에테르 설폰; 및13-17 weight percent polyether sulfone; And 15 내지 17중량%의 4,4-디아미노디페닐설폰을 포함하는 사전-함침된 복합 재료.A pre-impregnated composite material comprising 15 to 17 weight percent 4,4-diaminodiphenylsulfone. 제 1 항에 따른 사전-함침된 복합 재료를 포함하는 복합 부품(composite part)으로서, 상기 매트릭스가 경화된, 복합 부품. A composite part comprising the pre-impregnated composite material according to claim 1, wherein the matrix is cured. A) 보강 섬유를 제공하는 단계; 및A) providing a reinforcing fiber; And B) 상기 보강 섬유를 매트릭스로 함침시키는 단계를 포함하여, 사전-함침된 복합 재료를 제조하는 방법으로서,B) A method of making a pre-impregnated composite material comprising the step of impregnating said reinforcing fibers with a matrix, wherein 상기 매트릭스가,The matrix, a) 이작용성 에폭시 수지;a) bifunctional epoxy resins; b) 2 보다 큰 작용성을 가지며, 메타-치환된 하나 이상의 페닐기를 갖는 다작용성 방향족 에폭시 수지; b) multifunctional aromatic epoxy resins having functionality greater than 2 and having at least one phenyl group which is meta-substituted; c) 불용성 열가소성 입자;c) insoluble thermoplastic particles; d) 열가소성 강인화제(toughening agent); 및d) thermoplastic toughening agents; And e) 경화제를 포함하는 사전-함침된 복합 재료를 제조하는 방법. e) a method of making a pre-impregnated composite material comprising a curing agent. 제 1항에 따른 사전-함침된 복합 재료를 경화시키는 단계를 포함하여, 복합 부품을 제조하는 방법.A method of making a composite part, comprising the step of curing the pre-impregnated composite material according to claim 1.
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